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 (5G) 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.

Forschende des Fraunhofer HHI konnten nun erstmals den Echtzeit-Betrieb einer Terahertz-Datenübertragung mit hoher Datenrate demonstrieren. Ein 4K-Video wurde 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. 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 erfolgte bei einer Trägerfrequenz von 300 GHz über eine Distanz von 60 cm. 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 1 km 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 THz-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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