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Forscher versorgen Mobilfunkzellen auf 300 GHz mit 115 Gbit/s KIT plant kostengünstige 6G-Empfänger

| Autor / Redakteur: M.A. Dirk Srocke / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Kaum kommen erste 5G-Endgeräte auf den Mobilfunkmarkt, widmet sich die Forschung bereits den Nachfolgetechnologien. So präsentiert das KIT nun einen kostengünstigen Terahertzempfänger für drahtlose Datentransfers mit 115 Gbit/s und über 110 Meter hinweg.

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Kleine Zellen, drahtloser Backhaul.
Kleine Zellen, drahtloser Backhaul.
(Bild: KIT)

Für Christian Koos steht außer Frage: „die drahtlosen Netze der Zukunft [werden] aus zahlreichen kleinen Funkzellen bestehen“, die beispielsweise an Straßenlaternen Platz finden. Denn – so begründet es der Professor am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – nur so ließen sich möglichst viele Nutzer bedienen und große Datenmengen schnell übertragen.

All diese kleinen Funkzellen einzeln per Glasfaser anzubinden, sei allerdings nicht realistisch. Vorstellbar sei vielmehr, die letzten Meter zur Funkzelle drahtlos zu überbrücken. An entsprechenden Technologien forscht Koos nicht nur mit seinem Kollegen Prof. Sebastian Randel. Gemeinsam mit dem Diodenhersteller Virginia Diodes (VDI) hat man nun einen Empfänger für Terahertz-Signale entworfen und in der Zeitschrift Nature Photonics vorgestellt.

Der Empfänger sei einfach aufgebaut und biete sich für eine kostengünstige Herstellung in großen Stückzahlen an. Im Experiment habe man mit der Lösung 115 Gbit/s auf einer Trägerfrequenz von 0,3 THz über eine Entfernung von 110 Metern übertragen können. Die Technik könne übrigens auch dünne Hindernisse durchdringen, beispielsweise Laub oder Nebel.

Zur Technik

„Als Empfänger dient eine einzige Diode, mit der das Terahertz-Signal zunächst einmal gleichgerichtet wird“, erklärt Dr. Tobias Harter, der den Empfänger gemeinsam mit seinem Kollegen Christoph Füllner im Rahmen seiner Dissertation aufgebaut hat.

Die Schottky-Diode zeichnet sich laut KIT durch hohe Geschwindigkeit aus, fungiere als Hüllkurvendetektor und gewinne die Amplitude der Terahertz-Signale zurück. Allerdings werde zur korrekten Dekodierung des Datensignals zusätzlich noch die zeitlich veränderliche Phase der Terahertz-Welle benötigt, die beim Gleichrichten üblicherweise verloren gehe.

Dieses Problem lösen die Forscher mit digitalen Signalverarbeitungsverfahren in Kombination mit einer speziellen Klasse an Datensignalen; bei denen lasse sich die Phase mithilfe der sogenannten Kramers-Kronig-Relationen aus der Amplitude rekonstruieren. Bei der Kramers-Kronig-Relation handele es sich um eine mathematische Beziehung zwischen dem Real- und dem Imaginärteil eines analytischen Signals.

Zum Sender

Bei ihren Arbeiten haben sich die Forscher bislang tatsächlich auf die Empfängerseite konzentriert. Am optoelektronischen Sender besteht dem entsprechend noch Optimierungspotenzial.

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