Während der neue Mobilfunkstandard 5G noch getestet wird, arbeiten Forscher bereits an Technologien für die sechste Generation der drahtlosen Datenübertragung.
Springer Fachmedien Wiesbaden
Auf dem Weg von 5G zur sechsten Mobilfunkgeneration (6G) sind viele Herausforderungen zu meistern. Die drahtlosen Datennetze der Zukunft sollen noch höhere Übertragungsraten, noch kürzere Verzögerungszeiten, eine noch größere Gerätedichte sowie die Integration Künstlicher Intelligenz ermöglichen. 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 Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Freiburg entwickelt: Wie sie in der Zeitschrift Nature Photonics berichten, verwenden sie ultraschnelle elektro-optische Modulatoren, um ein Terahertz-Datensignal direkt in ein optisches Signal umzuwandeln und damit die Empfängerantenne direkt an eine Glasfaser anzukoppeln.
Die Wissenschaftler nutzen in ihrem Experiment eine Trägerfrequenz von circa 0,29 THz und erreichen eine Übertragungsrate von 50 Gbit/s. "Der Modulator beruht auf einer plasmonischen Nanostruktur und hat eine Bandbreite von mehr als 0,36 Terahertz", erklärt Professor Christian Koos, Leiter des IPQ und Mitglied der kollegialen Leitung des IMT. "Die Ergebnisse zeigen das enorme Potenzial nanophotonischer Bauteile für die ultraschnelle Signalverarbeitung." Das von den Forschern demonstrierte Konzept könne die technische Komplexität von zukünftigen Mobilfunk-Basisstationen drastisch reduzieren und Terahertz-Verbindungen mit enorm hohen Datenraten ermöglichen – vorstellbar seien mehrere Hundert Gigabit pro Sekunde.