Ein von deutschen Forschern entwickelter Schaltkreis hat einen neuen Rekord in der drahtlosen Datenübertragung aufgestellt. Der Mikrochip erreichte erstmals Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 200 Gigabit pro Sekunde. Das System belegt damit, dass extrem hohe Datenraten auch im sogenannten D-Band bei Frequenzen zwischen 110 und 170 Gigahertz möglich sind. Wichtig ist dies unter anderem für künftige 6G-Anwendungen, wie die Wissenschaftler erklären.
Ob Alltagsanwendungen, das autonome Fahren, die Automatisierung in der Industrie oder die mobile Kommunikation: Die technische Entwicklung erfordert eine immer leistungsfähigere und schnellere drahtlose Datenübertragung. Damit die vernetzten Systeme auch ohne Kabelanbindung reibungslos funktionieren, müssen Informationen, Steuerbefehle und anderes möglichst in Echtzeit übertragen werden können.
Möglich wird dies zum einen durch Nutzung höherer Frequenzen und neuer Methoden zur möglichst guten Ausnutzung der Bandbreiten. Zum anderen erfordert dies aber Hardware, die die Daten schnell verarbeiten und senden beziehungsweise empfangen können. An diesem Punkt kommen die von den Forschern um Andrea Malignaggi vom IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt/Oder entwickelten Kommunikationsschaltungen ins Spiel.
Mikrochips für ultrahohe Frequenzen
Auf Basis von bipolaren Silizium-Germanium-Metalloxid-Transistoren (SiGe-BiCMOS) haben Malignaggi und sein Team einen neuen Chip entwickelt, der speziell für die drahtlose Kommunikation ausgelegt ist und Sender, Empfänger und On-Chip-Antennen in sich vereint. Der Chip ist darauf ausgelegt, Daten im sogenannten D-Band zu übertragen. Diese hochfrequenten Wellenbereiche zwischen 110 und 170 Gigahertz erlauben eine hohe Bandbreite und gelten als möglicher Übertragungsbereich für die nächste Generation der Mobilkommunikation (6G).
„Um für den Mobilfunkbereich 6G realisieren zu können, brauchen wir eine ganz neue Architektur. Pikozellen sind ein Beispiel dafür. Diese Funkzellen sollen sehr hohe Datenraten über kurze Entfernungen ermöglichen, beispielsweise in Konferenzräumen oder im privaten Bereich, wenn Mobiltelefone, Fernseher und andere Geräte miteinander vernetzt sind“, erklärt Malignaggi.
Neuer Rekordwert in der Übertragungsrate
Wie leistungsfähig die neu entwickelten Kommunikationsschaltungen sind, testeten die Forscher in der Antennenmesskammer des IHP, in der es keine ablenkende Strahlung gibt. Die Übertragungsraten wurden dabei mit einem standardisierten Protokoll gemessen. Dafür wurden zwei Mikrochips – einer im Sende-, einer im Empfangsmodus, in 15 Zentimeter Abstand montiert. Das Ergebnis: Die neu entwickelte Schaltung kann drahtlos Daten mit bis zu 200 Gigabit pro Sekunde übertragen – das ist ein neuer Weltrekord. Der bisherige, 2019 erzielte Rekord lag bei rund 120 Gigabit pro Sekunde, wie das Team erklärt.
Durch die Weiterentwicklung der integrierten Bauelemente und Schaltungsblöcke des einzelnen Chips, die Integration weiterer Antennen sowie die Kombination mehrerer Mikrochips zu komplexen Systemen wollen die Forscher es künftig ermöglichen, mit ihren Schaltungen Daten ultraschnell auch über eine größere Entfernung zu übertragen. (IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2023; doi: 10.1109/JSSC.2022.3232948)
Quelle: IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik
