Den Forschern am Zentrum für Halbleitertechnik und Optoelektronik ist erneut ein Durchbruch im Bereich der Funkübertragung gelungen, der den Ausbau zukünftiger 5G Mobilfunknetze vereinfachen könnte. Im Rahmen der europäischen Forschungsprojekte IPHOBAC-NG und RAPID5G wurden neue Technologien bzw. neue Systemarchitekturen entwickelt, die eine besonders effiziente Funkübertragung auch bei höchsten Funkfrequenzen ermöglichen.

Ende letzten Jahres vermeldeten die Forscher der Universität Duisburg-Essen gemeinsam mit Ihren amerikanischen und deutschen Kollegen von Corning und Finisar eine Sensation. Erstmals gelang es über Funk eine Gesamtdatenrate von sage und schreibe zehn Gigabit pro Sekunde (10 GBit/s) innerhalb einer Kanalbreite von nur einem Gigahertz (1 GHz) zu übertragen. Dabei kam eine hohe Funkfrequenz von 60 GHz zum Einsatz. Das herausragende an den Experimenten ist die enorm hohe spektrale Effizienz von 10 Bit/s pro Hz Funkkanalbreite die hier bei 60 GHz Funkfrequenz erreicht wurde. „Dies haben wir durch die Entwicklung neuartiger photonischer Funktransmitter (CPX) und neuer Systemarchitekturen ermöglicht, mit denen wir nun erstmals komplex modulierte Funksignale (1024-QAM) bei einer Trägerfrequenz von 60 GHz übertragen konnten.“

Der Begriff „Spektrale Effizienz“ bedeutet hierbei die Anzahl der Bits, die pro Sekunde innerhalb einer vorgegebenen Funkkanalbreite übertragen werden können. Das bedeutet, dass bei einer spektralen Effizienz von 1 Bit/s/Hz bei einer Funkkanalbreite von 1 GHz also insgesamt 1 GBit pro Sekunde übertragen werden können. Wichtig ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass Funkkanalbreiten durch nationale Regulierungen fest vorgegeben sind. Sie dürfen also von den Netzbetreibern nicht einfach überschritten werden um mehr Daten in gleicher Zeit zu übertragen. Das bedeutet, eine Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit ist direkt mit der Erhöhung der spektralen Effizienz verknüpft. Dass dies nun erstmals bei einer Trägerfrequenz von 60 GHz erreicht wurde, ist besonders wichtig, denn bei niedrigen Funkfrequenzen dürfen weltweit nur sehr kleine Funkkanalbreiten von wenigen 10 MHz genutzt werden. Nur im 60-GHz-Band erlauben die Regulierungsbehörden eine Nutzung des Funkkanals mit einer Kanalbreite von 1 GHz und mehr.

Noch viel Luft nach oben

Unglaublich, aber die Projektleiter sehen sogar noch enorm viel Potenzial für Verbesserungen. „Unser nächstes Ziel ist der Einsatz noch viel höherer Funkfrequenzen im Terahertz-Bereich (oberhalb von 300 GHz), wo wir noch viel größere Funkkanalbreiten ausnutzen können. So wollen wir pro Kanal bis zu 100 GBit/s über die Luft übertragen“, so Professor Andreas Stöhr von der Universität Duisburg-Essen.

Kontakt: Andreas Stöhr