Schnelle Datenübertragung durch die Luft
Richtfunk mit 40 Gbit/s bei 240 GHz über eine Entfernung von einem Kilometer per Funk übertragen.
Digital, mobil und vernetzt – das veränderte Mediennutzungsverhalten erfordert die immer schnellere Übertragung steigender Datenraten. Beim Ausbau des Glasfasernetzes hinkt Deutschland im europäischen Vergleich hinterher, wie die Statistiken der Branchenorganisation FTTH Council Europe zeigen. Breitbandige Richtfunkstrecken können dabei helfen den Ausbau von Netzinfrastrukturen voranzutreiben.
Abb.: Der Hochfrequenz-Chip ist nur 4 x 1.5 mm2 groß, da elektronische Bauteile mit der Frequenz bzw. Wellenlänge skalieren. (Bild: Fraunhofer IAF)
Bei der Datenübertragung per Funk vermelden Forscher nun einen neuen Rekord auf: erstmals wurden vollintegrierte elektronische Sender und Empfänger für eine Frequenz von 240 GHz entwickelt, mit denen die Übertragung von Datenraten bis zu 40 Gbit/s möglich ist. Dies entspricht der Übertragung einer kompletten DVD in unter einer Sekunde oder der Datenrate von 2400 DSL16.000-Internetanschlüssen. Mit einem Langstreckendemonstrator konnte bereits eine Distanz von über einem Kilometer überbrückt werden, der vom Karlsruher Institut für Technologie zwischen zwei Hochhäusern im Rahmen des Projekts „Millilink“ aufgebaut wurde.
„Wir haben es geschafft, eine Funkstrecke auf Basis aktiver elektronischer Schaltungen zu entwickeln, die ähnlich hohe Datenraten wie faseroptische Systeme und somit eine nahtlose Einbindung der Funkstrecke ermöglicht“, sagt Ingmar Kallfass, der das Projekt zunächst am Fraunhofer IAF im Rahmen einer Shared Professorship – getragen von IAF und KIT – koordinierte. Seit 2013 ist Kallfass an der Universität Stuttgart tätig, wo er das Projekt weiterführt.
Die Nutzung des hohen Frequenzbereichs zwischen 200 und 280 GHz ermöglicht nicht nur die schnelle Übertragung großer Datenmengen, sondern auch einen sehr kompakten technischen Aufbau. Da die Abmessungen elektronischer Schaltungen und Antennen mit der Frequenz bzw. Wellenlänge skalieren, ist der Sender- und Empfängerchip nur 4 x 1.5 mm2 groß.
Abb.: Mit einem Langstreckendemonstrator zwischen zwei Hochhäusern in Karlsruhe konnte bereits eine Distanz von über einem Kilometer überbrückt werden. (Bild: KIT)
Die am Fraunhofer IAF entwickelte Halbleitertechnologie auf Basis von Transistoren mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit (HEMT) ermöglicht es, den Frequenzbereich zwischen 200 und 280 GHz mit aktiven Sendern und Empfängern in Form von kompakten, integrierten Schaltungen zu nutzen. In diesem Frequenzbereich weist die Atmosphäre geringe Dämpfungswerte auf, so dass breitbandige Richtfunkstrecken möglich werden. „Dadurch ist unsere Funkstrecke im Vergleich zu optischen Systemen zur Datenübertragung einfacher auszurichten und funktioniert auch bei schlechten Wetterbedingungen, wie Nebel oder Regen“, erklärt Jochen Antes vom KIT.
Bislang waren Funksysteme noch nicht in der Lage, die Bandbreite einer Glasfaser direkt weiter zu vermitteln. Das könnte sich zukünftig ändern, wie der Testaufbau des Projekts zeigt. Ein derartig leistungsfähiges System besäße auch den Vorteil der so genannten Bit-Transparenz, d. h. das Signal einer Glasfaser könnte direkt ohne energieaufwändige Umkodierung in eine Funkstrecke eingespeist, übertragen und am anderen Ende wieder mit einer Glasfaser weitergeleitet werden.
Die Rekorddaten aus dem Versuchsaufbau sind dabei erst der Anfang. „Mit einer Verbesserung der spektralen Effizienz durch den Einsatz von komplexeren Modulationsformaten oder die Kombination mehrerer Kanäle, also Multiplexing, können wir noch höhere Datenraten erzielen“, ist sich Antes sicher. Das könnte dem Ausbau des Breitbandnetzes in Deutschland einen Schub geben.
Fraunhofer IAF / PH
