EU-Projekt Terranova Beyond 5G

Das Fraunhofer IAF fokussiert sich im Projekt Terranova auf die Integration von Funkmodulen auf Chipebene.
Das Fraunhofer IAF fokussiert sich im Projekt Terranova auf die Integration von Funkmodulen auf Chipebene.

Schon heute zeichnet sich ab, dass die Datenraten des kommenden Mobilfunkstandards 5G den wachsenden Datenhunger von privaten Nutzern und Industrie nicht lange wird stillen können. Die Fraunhofer Institute IAF und HHI planen darum bereits den nächsten Schritt.

Die Einführung des heute gängigen Mobilfunkstandards 4G ermöglichte erstmals Datenübertragungsraten auf dem Niveau von Festnetzinternetzugängen auf mobilen Endgeräten. Doch der Datenhunger wächst und wächst, sodass auch die vergleichsweise hohe LTE-Datenrate von bis zu einem Gigabit pro Sekunde immer öfter einen limitierenden Faktor für neue Anwendungen darstellt.
Dabei steigt der Bedarf nach schnelleren Verbindungen nicht nur bei Handynutzern sondern auch in der Industrie, denn die wachsende Zahl der vernetzen Geräte und Maschinen generiert immer größere Datenströme, die möglichst schnell und störungsfrei übertragen werden müssen.

Entsprechend steht die nächste Mobilfunkgeneration, 5G, schon in den Startlöchern – mit bis zu zehn Gigabit pro Sekunde. Doch schon jetzt zeichnet sich ab, dass die vorhandenen Frequenzbänder in Zukunft nicht ausreichen werden, um die steigende Nachfrage nach stabiler drahtloser Kommunikation zu bedienen.
Aus diesem Grund arbeiten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF gemeinsam mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI und weiteren Partnern aus Industrie und Forschung im Rahmen des EU-geförderten Projekts Terranova, bereits heute am übernächsten Mobilfunkstandard.

Ziel ist es, bis Ende 2019 eine Netzverbindung im Terahertz-Frequenzbereich zu ermöglichen, die so stabil ist, dass Daten auch drahtlos mit einer Geschwindigkeit von bis zu 400 Gigabit pro Sekunde transportiert werden können.

Von der Glasfaser in die Luft

Eine Möglichkeit, hohe Datenraten zur Verfügung zu stellen, liegt im Ausbau des Glasfasernetzes. Doch das ist einerseits mit hohen Kosten verbunden und löst andererseits nicht die Herausforderung, mobile Geräte mit hohen Datenraten zu versorgen.
Die Lösung: Die Forscher verbinden die Glasfasertechnologie mit der Richtfunkübertragung. Allerdings sind die Frequenzen, auf denen sich Mobilfunk derzeit bewegt, zu niedrig, um die Bandbreite bereitzustellen, die für eine Übertragung auf Glasfaserniveau nötig ist.

Grundsätzlich gilt: Je niedriger die Frequenz, desto weniger Bandbreite. Um auf der Funkstrecke eine Datenrate zu erreichen, die mit der Glasfaser vergleichbar ist, muss daher auf Frequenzen im Terahertz-Bereich gesendet werden. Diese haben zwar eine niedrigere Reichweite als Frequenzen im Megahertz-Bereich, verfügen aber über eine deutlich höhere Bandbreite. So liegen die Frequenzen bei 4G im Bereich von 800 bis 2600 Megahertz und damit bei einer Bandbreite von maximal einem Gigabit pro Sekunde.
Bei Frequenzen im Terahertz-Bereich hingegen steht genügend Bandbreite zum Erreichen von Datenraten bis zu 400 Gigabit pro Sekunde zur Verfügung. »Aus diesem Grund arbeiten wir an einem Transfer von optischer zu drahtloser Datenübertragung, das heißt, wir wollen das Potenzial, das in der Glasfaser liegt, voll ausschöpfen, es aber nicht auf das Kabel beschränken, sondern auch auf die Funkstrecke übertragen.«, erläutert Projektleiter Dr. Thomas Merkle vom Fraunhofer IAF.

Auf dem Weg zur übernächsten Mobilfunkgeneration gilt es zahlreiche Herausforderungen zu meistern, sowohl was die einzelnen Komponenten als auch was das Zusammenspiel aller Netzelemente angeht. In enger Zusammenarbeit entwickeln und testen die Forscher des Fraunhofer IAF und des Fraunhofer HHI die Hardware-Implementationen der zukunftsfähigen Netzstruktur.
Vom 14. bis 17. November informieren die Wissenschaftler auf der Messe Productronica in München über ihre Forschungsarbeiten zum Projekt Terranova (Halle B2.317).