Neues Design bei der Entwicklung von 5G-Systemen
Mit der hohen Leistung von 5G und kommenden Mobilfunkgenerationen („Beyond 5G“ bzw. 6G) eröffnen sich neue technologische Möglichkeiten, etwa in Bezug auf virtuelle Präsenz bei Konferenzen, 3D-Druck oder die Vernetzung von autonomen Fahrzeugen und die Automatisierung der Arbeit. Die einzigen Hindernisse, die den Möglichkeiten im Wege stehen, die 5G bietet, sind unzulängliche Infrastrukturen, die vorhandene Bandbreiten, Datenraten sowie eine kosten- und energieeffiziente Nutzung limitieren. Um diese Hürden zu überwinden und den übernächsten Mobilfunkstandard Realität werden zu lassen, muss an neuen Technologien und Komponenten geforscht werden. So sind vor allem innovative Lösungen für Systemdesign und Architektur gefragt, die den Transfer hin zu neuen Technologien ohne die bisherigen Schwachstellen erleichtern.
Neue Lösungen für gleichberechtigten Zugang und Möglichkeiten
Das EU-finanzierte Projekt TERRANOVA sollte die Übertragungsgeschwindigkeit für die übernächste Mobilfunkgeneration erhöhen, um diese für neue Technologien wie virtuelle Realität zu öffnen, die extrem hohe Datenraten (Tbit/s) und verzögerungsfreie Übertragung benötigen. Zudem sollte die Konnektivität in abgelegenen Berg- und Inselregionen verbessert werden, um durch Hochgeschwindigkeitsinternet chancengleichen internationalen Wettbewerb zu fördern. „Mit Glasfaserkabeln allein wäre diese Konnektivität unerschwinglich teuer“, so Projektkoordinatorin Angeliki Alexiou. Das Ziel ist, für drahtlose Konnektivität Frequenzbänder im Terahertzbereich (THz) zu nutzen, und zwar in Form von Backhaul-Erweiterungen bei Glasfasernetzen. So kann die Kluft zwischen ländlichen Regionen und Großstädten beseitigt und überall Hochgeschwindigkeitsinternet (Tbit/s) bereitgestellt werden.
Transformation des 5G-Designs
Für drahtlose Konnektivität mit Tbit/s-Geschwindigkeit veränderte die Projektgruppe das Design von Transceivern, um die Kapazität und Zuverlässigkeit von Glasfaserverbindungen auf drahtlose Netzwerke zu übertragen. Auf diese Weise ist Hochgeschwindigkeitsinternet auch ohne Glasfaserverbindung möglich. Damit die neue Bandbreite auch der neuen Mobilfunkgeneration zur Verfügung gestellt und so die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht werden kann, entwickelte die Arbeitsgruppe Signalverarbeitungs- und Netzwerkprotokolle. TERRANOVA präsentierte ein drahtloses THz-Zugangssystem, für das ein neuer Algorithmus zur Verbindungsanpassung für die entfernungsabhängige Bandbreite im THz-Bereich entwickelt wurde. Weiterhin wurden neue Algorithmen für das Beamforming entwickelt, um dessen Qualität mit sogenannten „Stiftstrahlen“ (Übertragung mit extrem geringer Strahlbreite) anpassen und so die Leistung der neuen Mobilfunksysteme optimieren zu können.
Viele Meilensteine von TERRANOVA
Das erste digitale Echtzeit-Beamforming der Projektpartner mit 300 GHz wurde auf der Konferenz EuCNC2020 mit dem Best Paper Award ausgezeichnet. Zudem stellte die Arbeitsgruppe die erste 100-Gbit/s-Echtzeitübertragung mit transparenter Glasfaser und 100 km langen Glasfasersegmenten vor, mit der die bislang schnellste Datenübertragung über die längste kombinierte Verbindung erreicht wurde. „Alle beteiligten Partner werden ihre Forschungen in nationalen und EU-Forschungsprojekten (Horizont 2020) fortführen und auf ihren wissenschaftlichen Erkenntnissen, neuem Fachwissen und Innovationsressourcen aufbauen“, sagt Alexiou. Künftig werden alle kleineren TERRANOVA-Partnergruppen noch intensiver zusammenarbeiten, und alle Industriepartner integrierten bereits die Technologie von TERRANOVA in ihre kommerziellen Produkte.
Schlüsselbegriffe
TERRANOVA, Beyond 5G, Konnektivität, THz, drahtlos, Beamforming, Glasfaser
