Forschung zu 6G

Drahtlose Übertragung im Terahertz-Frequenzbereich

8. November 2019

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Während sich der Mobilfunk der fünften Generation (5G) gerade in der Einführung befindet, gehen Forscher schon einen Schritt weiter in Richtung 6G. Rohde & Schwarz, das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut (HHI) und das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) entwickelten gemeinsam ein drahtloses Übertragungssystem im Terahertz-Frequenzbereich, das zwischen 270 und 320 GHz arbeitet.

Forschungsaufbau für Kanalmessungen und für Übertragungsexperimente mit Wellenformen bis 300 GHz; Quelle: Rohde & Schwarz

Forschungsaufbau für Kanalmessungen und für Übertragungsexperimente mit Wellenformen bis 300 GHz; Quelle: Rohde & Schwarz

Andere für 6G ebenfalls relevante Frequenzbereiche befinden sich aktuell in Vorbereitung. In den Forschungslaboren der Industrie und der akademischen Einrichtungen gewinnt 6G zunehmend an Bedeutung. Während in 5G erstmals Millimeterwellen-Frequenzen mit größeren Bandbreiten und höhere Datenraten für neue Anwendungen z.B. in der drahtlosen Fabrikautomatisierung (industrielles Internet of Things, IoT) und bei autonomen Fahrzeugen eingesetzt werden, sollen in 6G die Übertragungsraten noch weiter erhöht werden.

6G in acht Jahren massentauglich

Es ist zwar noch nicht klar, welche Funktechnologien in 6G zum Einsatz kommen werden. Aber die Übertragungsbandbreiten müssen weiter vergrößert werden, um Datenraten im Terabit-Bereich zu erzielen. Große zusammenhängende Frequenzbereiche für den Mobilfunk sind nur im Sub-THz- und im THz-Bereich zu finden, d.h. oberhalb von 100 GHz.

Der Mobilfunk der sechsten Generation, kurz 6G, wird voraussichtlich innerhalb der nächsten acht bis zehn Jahre auf breiter Ebene eingeführt. Rohde & Schwarz hat seinen Kunden jedoch bereits jetzt einen Demonstrator für 300 GHz vorgestellt. Das System war auch auf der diesjährigen »EuMW – European Microwave Week« in Paris zu sehen. Und zwar im Rahmen eines Workshops über Kommunikation im Millimeterwellen- und THz-Bereich. Es besteht aus Sende-Empfangsmodulen bei 300 GHz, einem Vektorsignalgenerator »R&S SMW200A« und einem Signal- und Spektrumanalysator »R&S FSW43«. Hinzu kommen Geräte für die Synchronisation von Sender und Empfänger.

Trägerfrequenzen im D- und H-Band

An der aktuellen Kooperation mit Rohde & Schwarz sind das Fraunhofer HHI und das Fraunhofer IAF beteiligt. Das HHI arbeitet an der Signalverarbeitung, der Synchronisierung zwischen Sender und Empfänger und an der Systemintegration.

Vom IAF stammen die Sende- und Empfangsmodule für Millimeterwellen. Die gemeinsamen Forschungsarbeiten streben generell Frequenzbereiche oberhalb von 100 GHz an. Der Hauptfokus liegt dabei auf dem D-Band (150 GHz) und dem H-Band (300 GHz). Trägerfrequenzen oberhalb des H-Bands sind augenblicklich noch Gegenstand der grundlegenden Forschung.

Demonstrator für Signalanalyse bei 300 GHz

Der erste Demonstrator, der aus dieser Forschungskooperation hervorgegangen ist, ist ein System, das die Signalgenerierung und -analyse bei 300 GHz und einer Bandbreite von 2 GHz ermöglicht. Das Signal kann zur Durchführung von Kanalmessungen und für Übertragungsexperimente mit neuartigen Wellenformen verwendet werden.

Dr. Taro Eichler, Manager im Wireless-Marktsegment bei Rohde & Schwarz, bestätigt: »Rohde & Schwarz bietet innovative Test- und Messlösungen für die Forschungsarbeit in der Anfangsphase der 6G-Entwicklung. So können wir Expertengespräche mit unseren Kunden führen und uns ein Bild von Technik- und Markttrends bereits lange vor der Kommerzialisierung von 6G machen. Wir freuen uns sehr über die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer HHI und dem IAF, da wir stark von ihrem Fachwissen im Bereich der Mobilkommunikationsnetzwerke und -systeme, der Infrastruktur und Standards profitieren. Wir hoffen auch künftig auf eine fruchtbare Zusammenarbeit.«

Dr. Wilhelm Keusgen, Leiter der Millimeterwellen-Gruppe am Fraunhofer HHI, sagt: »Als Institution mit dem Ziel, Innovationen für die digitale Gesellschaft zu voranzutreiben, ist das Fraunhofer HHI hoch erfreut, gemeinsam mit einem innovativen und branchenführenden Messgeräte-Experten wie Rohde & Schwarz neue Kommunikationstechnologien zu entwickeln. Unsere Zusammenarbeit ist für alle Seiten gewinnbringend und wird sicher künftig den Weg für die Entwicklung von 6G ebnen.«

Ultrabreitband-Channel-Sounder

Dr. Michael Schlechtweg, Leiter des Geschäftsfelds Hochfrequenzelektronik am Fraunhofer IAF, erklärt: »Als einer der ersten globalen Anbieter von Chipsätzen und Elektronikkomponenten, die bereits jetzt in der Lage sind, die für 6G erforderlichen Hochfrequenzbereiche zu erzielen, entwickeln wir nun mit unserem geschätzten Partner Rohde & Schwarz eine bahnbrechende Technologie. Das Fraunhofer IAF weiß die für beide Seiten nutzbringende Zusammenarbeit sehr zu schätzen und freut sich darauf, auch weiterhin neue Innovationen mit Rohde & Schwarz zu erforschen.«

Rohde & Schwarz baut bei seiner 6G-Forschungsarbeit auf sein Hintergrundwissen im Bereich der Mobilfunkmesstechnik auf, das von den Anfängen von 2G bis 5G und darüber hinaus reicht. Bereits vor einem Jahr richtete das Unternehmen den nach eigenen Angaben weltweit ersten Ultrabreitband-Channel-Sounder für Mobilkommunikation über 100 GHz ein.