Erste drahtlose Echtzeit-Videoübertragung per Terahertzwellen

Das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, entwickelt Drahtlos­übertragungs­systeme der nächsten Generation basierend auf Terahertz-Technologie. Die THz-Technologie erlaubt wesentlich höhere Datenraten als aktuelle 4G- und 5G-Mobilfunk­technik. Forschern des HHI und des Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörper­physik ist es jetzt erstmals gelungen, ein 4K-Video in Echtzeit über einen drahtlosen THz-Link zu übertragen. Über den THz-Link konnte eine drahtlose Übertragungs­kapazität von 100 Gbit/s demonstriert werden.

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. Es ist bereits absehbar, dass auch die nächste Generation der Mobilfunk­technik und das zugrundeliegende Glasfasernetz den Bedarf nicht auf Dauer decken können werden. Insbesondere im ländlichen Raum, wo die Erschließungs­kosten für Glasfaser­netze deutlich höher sind als in Ballungs­zentren, sind Engpässe unausweichlich.

Das Fraunhofer-HHI, als eines der weltweit führenden Forschungsinstitute zur Entwicklung von neuartigen Telekommuni­kations­systemen, 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. Das bedeutet eine fünf- bis zehnfache Steigerung der Übertragungs­kapazität gegenüber bestehenden Funk­technologien. Die Übertragung nutzt dabei Frequenzen weit oberhalb der 4G-LTE/5G-Mobilfunk­frequenzen und ist damit eine ideale Ergänzung zu bestehenden Technologien.

Die Forscher konnten  jetzt ein 4K-Video in Echtzeit zwischen zwei Rechnern über einen drahtlosen Terahertz-Link übertragen, wobei eine Datenrate von 100 Gbit/s im Echtzeitbetrieb auch über einen längeren Zeitraum erreicht werden konnte. Robert Elschner vom Fraunhofer-HHI, erläutert: „Wir konnten einen stabilen, kontinuier­lichen Betrieb des Systems über mehr als siebzig 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 erfolgte bei einer Träger­frequenz von 300 GHz über eine Distanz von sechzig Zentimetern. Colja Schubert vom 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.

Fh.-HHI / RK

Weitere Infos

• Abt. Photonische Netze und Systeme, Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, Berlin
• Elektronische Schaltungen, Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörperphysik, Freiburg