Weltrekord: Zum ersten Mal haben Forscher Daten per Funk genauso schnell geschickt wie mit einem Glasfaserkabel. Dank hoher Frequenzen erreichten sie Datenübertragungs-Raten von 40 Gigabit pro Sekunde – das ist schnell genug, um den Inhalt einer ganzen DVD in unter einer Sekunde zu übermitteln. Die neue Technik könnte helfen, künftig Lücken bei den Breitband-Internetzugängen zu schließen. Vor allem auf dem Land könnten die drahtlosen Funkverbindungen die noch nicht vorhandenen Glasfaserkabel ersetzen.
Digital, mobil und vernetzt – unsere steigende Nutzung von Online-Medien und Cloud-Anwendungen erfordert die immer schnellere Übertragung steigender Datenraten. Beim Ausbau des Glasfasernetzes hinkt Deutschland im europäischen Vergleich jedoch hinterher, wie die Statistiken der Branchenorganisation FTTH Council Europe zeigen. Glasfaser-Leitungen zu verlegen ist teuer und im Fall von natürlichen oder auch urbanen Hindernissen wie Verkehrsknotenpunkten schwierig. Breitbandige Richtfunkstrecken könnten dabei helfen, solche kritischen Stellen zu überwinden und so vor allem im ländlichen Raum den Ausbau von Netzinfrastrukturen voranzutreiben. Bisher allerdings hinken die Übertragungsgeschwindigkeiten der Glasfaser noch hinterher.
So schnell wie DSL-16.000
Jetzt haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (IAF) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) bei der Datenübertragung per Funk einen neuen Weltrekord aufgestellt: Erstmals haben sie vollintegrierte elektronische Sender und Empfänger für eine Frequenz von 240 GHz entwickelt, mit denen die Übertragung von Datenraten bis zu 40 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) möglich ist. Dies entspricht der Übertragung einer kompletten DVD in unter einer Sekunde oder 2.400 DSL-16.000-Internetanschlüssen.
Mit einem Langstreckendemonstrator haben die Forscher bereits eine Distanz von über einem Kilometer überbrückt, der vom Karlsruher Institut für Technologie zwischen zwei Hochhäusern im Rahmen des Projekts Millilink aufgebaut wurde. „Wir haben es geschafft, eine Funkstrecke auf Basis aktiver elektronischer Schaltungen zu entwickeln, die ähnlich hohe Datenraten wie faseroptische Systeme und somit eine nahtlose Einbindung der Funkstrecke ermöglicht“, freut sich Ingmar Kallfass, der das Projekt am Fraunhofer IAF koordinierte. Seit 2013 ist Kallfass an der Universität Stuttgart tätig, wo er das Projekt weiterführt.
Hohe Frequenzen ermöglichen schnelle Übertragung
Die Nutzung des hohen Frequenzbereichs zwischen 200 und 280 GHz ermöglicht die schnelle Übertragung großer Datenmengen. In diesem Frequenzbereich weist die Atmosphäre geringe Dämpfungswerte auf, so dass breitbandige Richtfunkstrecken möglich werden. „Dadurch ist unsere Funkstrecke im Vergleich zu optischen Systemen zur Datenübertragung einfacher auszurichten und funktioniert auch bei schlechten Wetterbedingungen, wie Nebel oder Regen“, erklärt Jochen Antes vom KIT. Gleichzeitig ermöglicht der hohe Frequenzbereich auch einen sehr kompakten technischen Aufbau der Geräte. Denn je höher die Frequenz, desto kleiner können die Chips und Bauteile werden. Der Sender- und Empfängerchip ist nur 4 x 1,5 Millimeter groß.
Bislang waren Funksysteme noch nicht in der Lage, die volle Bandbreite einer Glasfaser direkt weiterzuvermitteln. Das könnte sich zukünftig ändern, wie der Testaufbau des Projekts zeigt. Ein derartig leistungsfähiges System besäße auch den Vorteil der sogenannten Bit-Transparenz: Das Signal einer Glasfaser könnte direkt ohne energieaufwändige Umkodierung in eine Funkstrecke eingespeist, übertragen und am anderen Ende wieder mit einer Glasfaser weitergeleitet werden.
Die Rekorddaten aus dem Versuchsaufbau sind dabei erst der Anfang: „Mit einer Verbesserung der spektralen Effizienz durch den Einsatz von komplexeren Modulationsformaten oder die Kombination mehrerer Kanäle, also Multiplexing, können wir noch höhere Datenraten erzielen“, ist sich Antes sicher. Das könnte dem Ausbau des Breitbandnetzes einen Schub geben. Vielleicht liegt Deutschland dann zukünftig im europaweiten Vergleich nicht mehr auf den hinteren Plätzen.
(Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, 17.05.2013 – NPO)
