Terahertz-Innovation bietet ultrahohe mobile Datenraten
Seit der Einführung des Smartphones hat der Datenverbrauch exponentiell zugenommen. Verbraucherinnen und Verbraucher wie auch Unternehmen verlassen sich zunehmend auf mobile Daten, um verschiedenste Dienste zu nutzen, und es wird erwartet, dass diese Nachfrage in Zukunft noch steigen wird. „Rein technisch gesehen stellt das eine Herausforderung dar“, sagt Thomas Kürner, Koordinator des Projekts ThoR, von der Technischen Universität Braunschweig in Deutschland. „Was können wir tun, um höhere Datenraten zu erreichen?“ Eine Möglichkeit besteht darin, die Effizienz der Datenübertragungssysteme zu erhöhen, um mehr Daten in die derzeit verfügbare Bandbreite zu pressen. „Das wird immer schwieriger“, so Kürner. Eine andere Möglichkeit ist, die verfügbare Bandbreite zu erhöhen. Aber auch das ist schwierig, da immer mehr verfügbare Frequenzen verbraucht werden.
Hochfrequenzbandbreite
Die Idee für das Projekt ThoR entstand aus der Entdeckung, dass im Spektrum – jenseits von 275 Gigahertz im Terahertz-Frequenzbereich (THz) – noch Bandbreite für mobile Datendienste zur Verfügung steht. „Dieser Bereich ist nicht völlig unreguliert“, fügt Kürner hinzu. „Einige wissenschaftliche Anwendungen wie Erderkundungssatelliten oder Radioastronomie nutzen bereits diese Bandbreite. Es wurde jedoch genügend verfügbare Bandbreite festgestellt, um potenziell Systeme einzurichten, die hohe Datenraten bieten könnten.“ Dafür muss ein erhebliches Hindernis überwunden werden. Die Verwendung hoher Frequenzen kann zu erheblichem Pfadverlust oder zu einer Verringerung der Leistungsintensität führen. Zur Minderung dieses Verlusts kann das Potenzial von THz-Antennen mit hoher Verstärkung genutzt werden, um eine stabile Backhaul-Verbindung zu gewährleisten. Diese Backhaul-Verbindung eines Mobilfunknetzes beschreibt die Verbindung eines Mobilfunkstandorts – in der Regel ein Mobilfunkmast – mit dem Kernnetz. Sie kann zwar über Glasfaserkabel hergestellt werden, allerdings müssten dazu Straßen aufgerissen werden. Vor allem in Städten ist es einfach nicht möglich, jede Basisstation des Mobilfunknetzes per Kabel anzuschließen.
THz-Funkverbindung
Ziel des Projekts ThoR war es daher, zu demonstrieren, dass eine THz-Richtfunkverbindung, die durch auf zwei Dächern montierte Antennen bereitgestellt wird, eine praktikable Alternative darstellen könnte. Das Projektteam war zuversichtlich, dass auf diese Weise eine Backhaul-Verbindung zwischen den Mobilfunkzellen und den Knotenpunkten des Mobilfunknetzes geschaffen werden kann, ohne dass Straßenbauarbeiten erforderlich sind. Dazu brachte das Projekt ein Konsortium von Partnern aus Europa und Japan zusammen. Viele dieser Partner hatten die Bausteine für einen solchen Prototyp entwickelt. Das Projekt ThoR ging einen Schritt weiter und integrierte diese Elemente in eine funktionsfähige, bidirektionale THz-Funkverbindung. Nach der Integration der Technologie wurden die Antennen auf zwei Gebäuden auf dem Campus der Universität in einer Entfernung von über 160 Metern installiert. Anschließend wurden Realdaten, einschließlich Video, übertragen und die Wirksamkeit des Systems von Kürner und seinem Team analysiert.
Hohe Datenraten
Das Projekt veranschaulichte erfolgreich das Potenzial einer bidirektionalen THz-Funkverbindung zum Datennetz von Mobilfunkanbietern. Der Prototyp erwies sich als fähig, sehr hohe Datenraten zu übertragen, und war skalierbar, sodass noch höhere Datenraten realisiert werden könnten. „Wir konnten darlegen, wie diese Technologie die drahtlose Kommunikation effizient bewerkstelligen kann“, sagt Kürner. „Somit könnten alle Möglichkeiten, die mit 5G und 6G versprochen wurden, realisiert werden.“ Der Prototyp muss noch weiterentwickelt werden, bevor die Technologie auf den Markt gebracht werden kann. Kürner und sein Team sind jedoch zuversichtlich, dass das Potenzial dieser Backhaul-Innovation genutzt werden kann.
Schlüsselbegriffe
ThoR, Terahertz, Mobilfunk, Radio, Bandbreite, Smartphone
