6G – Basis für den übernächsten Mobilfunkstandard

Während der neue Mobilfunk­standard 5G noch getestet wird, arbeiten Forscher bereits an Technologien für die nächste Generation der drahtlosen Daten­übertragung. „6G“ soll noch deutlich höhere Übertragungs­raten, kürzere Verzögerungs­zeiten, eine größere Geräte­dichte sowie die Integration künstlicher Intelligenz ermöglichen. Auf dem Weg zur sechsten Mobilfunk­generation sind viele Heraus­forderungen zu meistern, was sowohl die einzelnen Komponenten als auch ihr Zusammen­wirken betrifft.

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So werden die drahtlosen Netze der Zukunft aus einer Vielzahl kleiner Mobil­funkzellen bestehen, innerhalb derer hohe Daten­mengen schnell und energieeffizient übertragen werden können. Zur Vernetzung dieser Zellen werden Funkstrecken benötigt, mit denen sich Dutzende oder gar Hunderte von Gigabit pro Sekunde auf einem Kanal übertragen lassen. Dazu bieten sich Frequenzen im Terahertz-Bereich an, die im elektro­magnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und der Infrarot­strahlung liegen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, drahtlose Übertragungs­strecken nahtlos mit Glasfaser­netzen zu verbinden, um die Vorteile beider Tech­nologien zu vereinen – hohe Kapazität und Zuver­lässigkeit mit Mobilität und Flexibilität.

Einen vielver­sprechenden Ansatz zur Konversion der Datenströme von der Terahertz-Übertragung zur optischen Übertragung haben Wissen­schaftler an den Instituten für Photonik und Quanten­elektronik (IPQ), Mikrostruktur­technik (IMT) sowie Hochfrequenz­technik und Elektronik (IHE) des Karlsruhe Institut für Technologie und dem Fraun­hofer-Institut für Angewandte Festkörper­physik IAF in Freiburg entwickelt. Die Forscher verwenden ultras­chnelle elektro­optische Modulatoren, um ein Terahertz-Datensignal direkt in ein optisches Signal umzu­wandeln und damit die Empfänger­antenne direkt an eine Glasfaser anzukoppeln.

Dazu nutzten die Wissen­schaftler in ihrem Experiment eine Träger­frequenz von circa 0,29 Terahertz und erreichen eine Übertragungs­rate von fünfzig Gigabit pro Sekunde. „Der Modulator beruht auf einer plas­monischen Nanostruktur und hat eine Bandbreite von mehr als 0,36 Terahertz“, erklärt Christian Koos, Leiter des IPQ. „Die Ergebnisse zeigen das enorme Potenzial nano­photonischer Bauteile für die ultraschnelle Signalv­erarbeitung.“ Das von den Forschern demons­trierte Konzept kann die technische Komplexität von zukünftigen Mobilfunk-Basis­stationen drastisch reduzieren und Terahertz-Verbindungen mit enorm hohen Datenraten ermög­lichen – vorstellbar sind mehrere Hundert Gigabit pro Sekunde.
 

KIT / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S. Ummethala et al.: THz-to-optical conversion in wireless communications using an ultra-broadband plasmonic modulator, Nat. Phot., online 15. Juli 2019; DOI: 10.1038/s41566-019-0475-6
• Institut für Photonik und Quantenelektronik IPQ, Karlsruhe Institut für Technologie KIT, Karlsruhe