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Kommunikations-Infrastruktur

6G: Forscher arbeiten am übernächsten Mobilfunkstandard

| Redakteur: Beate Christmann

Den Weg für den Mobilfunkstandard der Zukunft ebnen – das ist das Ziel der Wissenschaftler im Forschungsprojekt Terranova. Das Fraunhofer-IAF, einer der Projektpartner, fokussiert sich auf die Integration von Funkmodulen auf Chipebene. Im Bild zu sehen ist ein Funktionsprototyp eines 300-GHz-Mehrkanal-Funksystems zur weiteren Integration als System-on-Chip.
Den Weg für den Mobilfunkstandard der Zukunft ebnen – das ist das Ziel der Wissenschaftler im Forschungsprojekt Terranova. Das Fraunhofer-IAF, einer der Projektpartner, fokussiert sich auf die Integration von Funkmodulen auf Chipebene. Im Bild zu sehen ist ein Funktionsprototyp eines 300-GHz-Mehrkanal-Funksystems zur weiteren Integration als System-on-Chip. (Bild: Fraunhofer-IAF)

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Die Mobilfunkgeneration 5G steht noch in den Startlöchern, da forschen Wissenschaftler schon in Richtung 6G. Ziel des EU-Projekts Terranova ist es, eine Netzverbindung im Terahertz-Frequenzbereich zu ermöglichen, die so stabil ist, dass Daten auch drahtlos mit einer Geschwindigkeit von bis zu 400 Gbit/s transportiert werden können.

Der heutige Mobilfunkstandard 4G wird bald durch 5G abgelöst werden. Und bereits jetzt arbeiten Forscher im Rahmen des Projekts Terranova an 6G. Da die Datenströme immer weiter wachsen, forschen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI und weiteren Partnern aus Industrie und Forschung daran, Terahertz-Funklösungen in Glasfasernetze mit hohen Datenraten einzubetten, neue Frequenzbänder zu erschließen und so den Weg für eine belastbare Kommunikations-Infrastruktur zu schaffen.

Ziel ist es, eine Netzverbindung im Terahertz-Frequenzbereich zu ermöglichen, die so stabil ist, dass Daten auch drahtlos mit einer Geschwindigkeit von bis zu 400 Gbit/s transportiert werden können.

Glasfasertechnologie mit Richtfunkübertragung verbinden

Hohe Datenraten zur Verfügung zu stellen könnte zum einen durch den Ausbau des Glasfasernetzes gelingen. Jedoch ist dieser Weg sehr teuer. Zudem löst er nicht die Herausforderung, mobile Geräte mit hohen Datenraten zu versorgen. Die Forscher sehen die Lösung deswegen darin, die Glasfasertechnologie mit der Richtfunkübertragung zu verbinden. Allerdings sind die Frequenzen, auf denen sich Mobilfunk derzeit bewegt, zu niedrig, um die Bandbreite bereitzustellen, die für eine Übertragung auf Glasfaserniveau nötig ist.

Projektleiter Dr. Thomas Merkle vom Fraunhofer-IAF erläutert: „Grundsätzlich gilt: Je niedriger die Frequenz, desto weniger Bandbreite. Um auf der Funkstrecke eine Datenrate zu erreichen, die mit der Glasfaser vergleichbar ist, muss daher auf Frequenzen im Terahertz-Bereich gesendet werden. Diese haben zwar eine niedrigere Reichweite als Frequenzen im Megahertz-Bereich, verfügen aber über eine deutlich höhere Bandbreite. So liegen die Frequenzen bei 4G im Bereich von 800 bis 2600 MHz und damit bei einer Bandbreite von maximal 1 Gbit/s. Bei Frequenzen im Terahertz-Bereich hingegen steht genügend Bandbreite zum Erreichen von Datenraten bis zu 400 Gbit/s zur Verfügung. Aus diesem Grund arbeiten wir an einem Transfer von optischer zu drahtloser Datenübertragung, das heißt, wir wollen das Potenzial, das in der Glasfaser liegt, voll ausschöpfen, es aber nicht auf das Kabel beschränken, sondern auch auf die Funkstrecke übertragen.“

Beim Wechsel zwischen Verbindungstechnologien zu häufig Unterbrechungen

Die Bandbreite stellt eine zentrale Herausforderung dar. Das liegt vor allem daran, dass immer mehr Endgeräte und Bereiche an der Kommunikation teilnehmen. „Dabei geht es jedoch nicht allein um die Geschwindigkeit der Datenübertragung. Schon heute wechseln mobile Nutzer je nach Verfügbarkeit zwischen Mobilfunknetz und WLAN, und bei Laptops kommt zusätzlich die Möglichkeit hinzu, sich über Kabelverbindungen ins Internet einzuwählen. Es gibt allerdings derzeit keinen fließenden Übergang zwischen den Zugangsarten, sodass es bei einem Wechsel zu Unterbrechungen kommt“, erklärt Dr. Colja Schubert, Gruppenleiter Optische Untersee- und Kernnetze im Fraunhofer-HHI.

Das Fraunhofer-IAF konzentriert sich im Rahmen des Projekts vor allem auf die Funkstrecke und die Integration von Funkmodulen auf Chipebene. Das Fraunhofer-HHI erforscht die Signalprozessierung, also die Aufbereitung der Signale, sodass diese möglichst störungsfrei von der Antenne abgestrahlt werden können.

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