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Terahertz-Technologie von Fraunhofer HHI

Drahtlose Echtzeit-Videoübertragung mit Terahertz

| Autor / Redakteur: Bernhard Lück / Andreas Donner

Das Fraunhofer HHI entwickelt drahtlose Übertragungssysteme der nächsten Generation (Beyond 5G) basierend auf Terahertz-Technologie.
Das Fraunhofer HHI entwickelt drahtlose Übertragungssysteme der nächsten Generation (Beyond 5G) basierend auf Terahertz-Technologie. (Bild: Fraunhofer HHI)

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Forschenden des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts HHI und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF ist es erstmals gelungen, ein 4K-Video in Echtzeit über einen drahtlosen Terahertz-Link mit einer Kapazität von 100 GBit/s zu übertragen.

Der Bedarf an Übertragungskapazität in den Kommunikationsnetzen steigt kontinuierlich, angetrieben von neuen Anwendungen wie Industrie 4.0, Autonomous Driving, KI-basiertes Cloud/Edge Computing, eHealth, Smart Cities oder Virtual/Augmented Reality. Nach Ansicht der Fraunhofer-Institute ist es bereits absehbar, dass auch die nächste Generation der Mobilfunktechnik (5G) und das zugrunde liegende Glasfasernetz den Bedarf auf Dauer nicht werden decken können.

Insbesondere im ländlichen Raum, wo die Erschließungskosten für Glasfasernetze deutlich höher seien als in Ballungszentren, seien Engpässe unausweichlich. Das Fraunhofer HHI forscht daher intensiv an der Terahertz-Technologie als mögliche Lösung.

Diese Technologie beruht auf der drahtlosen Übertragung von Daten bei hohen Trägerfrequenzen und erlaubt damit Übertragungskapazitäten von mehreren 100 GBit/s. Dies bedeutet eine fünf- bis zehnfache Steigerung der Übertragungskapazität gegenüber bestehenden Funktechnologien. Die Übertragung nutzt dabei Frequenzen weit oberhalb der 4G-LTE/5G-Mobilfunkfrequenzen und soll damit eine ideale Ergänzung zu bestehenden Technologien sein.

Die Forscher des Fraunhofer HHI haben nun erstmals den Echtzeitbetrieb einer Terahertz-Datenübertragung mit hoher Datenrate demonstrieren können. Dabei soll ein 4K-Video in Echtzeit zwischen zwei Rechnern über einen drahtlosen Terahertz-Link übertragen worden sein. Datenraten von 100 GBit/s sollen im Echtzeitbetrieb auch über einen längeren Zeitraum erreicht werden können. Dr.-Ing. Robert Elschner, Leiter der internen Terahertz-Forschungsaktivitäten in der Abteilung Photonische Netze und Systeme am Fraunhofer HHI, erläutert: „Wir konnten einen stabilen, kontinuierlichen Betrieb des Systems über mehr als 70 Stunden erreichen. Das ist ein bedeutender Meilenstein für die drahtlose Terahertz-Technologie.“

Schlüsselkomponenten des Übertragungssystems sind schnelle, III-V-halbleiterbasierte integrierte Schaltungen des Fraunhofer IAF sowie ein hochleistungsfähiges Terahertz-Modem des Fraunhofer HHI. Die Übertragung sei bei einer Trägerfrequenz von 300 GHz über eine Distanz von 60 Zentimeter erfolgt. Dr. rer. nat. Colja Schubert, Leiter der zuständigen Forschungsgruppe „Optische Untersee- und Kernnetze“ am Fraunhofer HHI, ist zuversichtlich, die Übertragungsrate und -distanz noch weiter steigern zu können: „Über kurze Distanzen sollten Datenraten von 400 GBit/s und mehr realisierbar sein. Durch den Einsatz von optimierten Antennen werden wir in der Lage sein, Distanzen von bis zu einem Kilometer zu überbrücken“.

Mögliche Anwendungsszenarien für die THz-Technologie sind unter anderem die hochbitratige Anbindung von Nutzern im ländlichen Raum, Ad-hoc-Netze, drahtlose Faserverlängerung, Gerät-zu-Gerät-Kommunikation oder „Fixed/mobile Wireless Access“ in künftigen Mobilfunknetzen. Die Arbeiten an der Terahertz-Technologie werden bei Fraunhofer sowohl im Rahmen von Eigenforschungsprojekten als auch zusammen mit internationalen Partnern in dem öffentlich geförderten EU-Vorhaben Terranova zur Marktreife vorangetrieben.

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