Forschung zur sechsten Mobilfunkgeneration

KIT: Technologien für 6G

| Autor / Redakteur: Bernhard Lück / Andreas Donner

Nach 5G soll 6G deutlich höhere Übertragungsraten, kürzere Verzögerungszeiten, eine größere Gerätedichte sowie die KI-Integration ermöglichen.
Nach 5G soll 6G deutlich höhere Übertragungsraten, kürzere Verzögerungszeiten, eine größere Gerätedichte sowie die KI-Integration ermöglichen. (Bild: © – iaremenko – stock.adobe.com)

Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeiten bereits an 6G. In der Zeitschrift Nature Photonics berichten sie über den Einsatz ultraschneller elektro-optischer Modulatoren, um Datensignale von der Terahertz-Übertragung zur optischen Übertragung zu konvertieren.

Während der neue Mobilfunkstandard 5G noch getestet wird, arbeiten Forscherinnen und Forscher bereits an Technologien für die nächste Generation der drahtlosen Datenübertragung. 6G soll noch deutlich höhere Übertragungsraten, kürzere Verzögerungszeiten, eine größere Gerätedichte sowie die Integration künstlicher Intelligenz ermöglichen. Auf dem Weg zur sechsten Mobilfunkgeneration seien viele Herausforderungen zu meistern, was sowohl die einzelnen Komponenten als auch ihr Zusammenwirken betreffe. So würden die drahtlosen Netze der Zukunft aus einer Vielzahl kleiner Mobilfunkzellen bestehen, innerhalb derer hohe Datenmengen schnell und energieeffizient übertragen werden könnten. Zur Vernetzung dieser Zellen seien Funkstrecken nötig, mit denen sich Dutzende oder gar Hunderte von Gigabit pro Sekunde auf einem Kanal übertragen lassen. Hierfür würden sich Frequenzen im Terahertz-Bereich anbieten, die im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und der Infrarotstrahlung liegen. Eine weitere Aufgabe bestehe darin, drahtlose Übertragungsstrecken nahtlos mit Glasfasernetzen zu verbinden, um die Vorteile beider Technologien zu vereinen – hohe Kapazität und Zuverlässigkeit mit Mobilität und Flexibilität.

Die nahtlose Verbindung drahtloser Übertragungsstrecken mit Glasfasernetzen ist der Schlüssel zu leistungsfähigen Datennetzen: Zukünftige Mobilfunknetze bestehen aus vielen kleinen Funkzellen, die sich über leistungsfähige THz-Übertragungsstrecken flexibel anbinden lassen. Am Empfänger lassen sich die THz-Signale mithilfe ultraschneller plasmonischer Modulatoren direkt in optische Signale konvertieren und über Glasfasernetze übertragen.
Die nahtlose Verbindung drahtloser Übertragungsstrecken mit Glasfasernetzen ist der Schlüssel zu leistungsfähigen Datennetzen: Zukünftige Mobilfunknetze bestehen aus vielen kleinen Funkzellen, die sich über leistungsfähige THz-Übertragungsstrecken flexibel anbinden lassen. Am Empfänger lassen sich die THz-Signale mithilfe ultraschneller plasmonischer Modulatoren direkt in optische Signale konvertieren und über Glasfasernetze übertragen. (Bild: IPQ/KIT)

Wissenschaftlern an den Instituten für Photonik und Quantenelektronik (IPQ), Mikrostrukturtechnik (IMT) sowie Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) des KIT und am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg sei es nun gelungen, einen vielversprechenden Ansatz zur Konversion der Datenströme von der Terahertz-Übertragung zur optischen Übertragung zu entwickeln: 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 hätten in ihrem Experiment eine Trägerfrequenz von ca. 0,29 THz genutzt und eine Übertragungsrate von 50 Gbit/s erreicht. „Der Modulator beruht auf einer plasmonischen Nanostruktur und hat eine Bandbreite von mehr als 0,36 THz“, 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 Mobilfunkbasisstationen drastisch reduzieren und Terahertz-Verbindungen mit enorm hohen Datenraten ermöglichen – vorstellbar seien mehrere Hundert Gigabit pro Sekunde.

* S. Ummethala, T. Harter, K. Koehnle, Z. Li, S. Muehlbrandt, Y. Kutuvantavida, J. Kemal, J. Schaefer, A. Tessmann, S. K. Garlapati, A. Bacher, L. Hahn, M. Walther, T. Zwick, S. Randel, W. Freude, C. Koos: THz-to-optical conversion in wireless communications using an ultra-broadband plasmonic modulator. Nature Photonics, 2019. DOI: 10.1038/s41566-019-0475-6

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