Mobilfunk von übermorgen: Was kommt nach 5G?

Funktionsprototyp eines 300 GHz Mehrkanal-Funksystems

Frühestens 2020 soll der Mobilfunkstandard 5G in Deutschland eingeführt werden. Die kommende Generation verspricht eine Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde – etwa das Zehnfache des heutigen Standards. Doch schon ist absehbar: Auch das wird in Zukunft nicht reichen. Forscher arbeiten daher bereits am übernächsten Standard.  

Der 2010 eingeführte Mobilfunkstandard 4G ermöglichte Datenübertragungsraten auf dem Niveau von Festnetzinternetzugängen. Mittlerweile ist aber selbst die LTE-Datenrate von bis zu einem Gigabit pro Sekunde häufig zu schmal für neue Anwendungen. Der Bedarf nach schnelleren Verbindungen steigt – nicht nur bei Handynutzern, sondern auch in der Industrie. Dort generieren vernetzen Geräte und Maschinen immer mehr Datenverkehr, der schnell und störungsfrei ablaufen muss.

Datenübertagung bis 400 Gigabit pro Sekunde

Die nächste Mobilfunkgeneration 5G ist daher schon startbereit. Der künftige Mobilfunkstandard verspricht bis zu zehn Gigabit pro Sekunde. Doch schon jetzt ist absehbar: auch das wird in Zukunft nicht reichen. Forscher der Fraunhofer-Institute IAF und HHI  arbeiten mit verschiedenen Partnern aus Industrie und Forschung im Rahmen des EU-geförderten Projekts „Terranova“ bereits am übernächsten Mobilfunkstandard. Das Ziel: eine Netzverbindung im Terahertz-Frequenzbereich. Sie soll so stabil sein, dass Daten auch drahtlos mit einer Geschwindigkeit von bis zu 400 Gigabit pro Sekunde transportiert werden können.

Dazu könnte das Glasfasernetz ausgebaut werden, doch der Ausbau wäre teuer und kaum nützlich für mobile Geräte. Daher verbinden die Forscher stattdessen die Glasfasertechnologie mit der Richtfunkübertragung. Bisher sind die Frequenzen des Mobilfunks zu niedrig, um die benötigte Bandbreite für eine Übertragung auf Glasfaserniveau bereitzustellen – nötig wären Frequenzen im Terahertz-Bereich. Deren Reichweite ist zwar niedriger als der von Frequenzen im Megahertz-Bereich, sie verfügen aber über eine erheblich höhere Bandbreite. Die Frequenzen bei 4G erreichen maximal einen Gigabit pro Sekunde – im Terahertz-Bereich sind Datenraten bis zu 400 Gigabit pro Sekunde möglich.

Alternative zu klassischen Glasfasernetzen

Neben der Geschwindigkeit der Datenübertragung ist der nahtlose Übergang zwischen den verschiedenen Zugangstechnologien eine weitere Herausforderung des Projekts. Mobile Nutzer wechseln im Alltag je nach Verfügbarkeit zwischen Mobilfunknetz und WLAN. Es gibt aber derzeit keinen fließenden Übergang zwischen den Zugangsarten, sodass es bei einem Wechsel zu Unterbrechungen kommt. Die Forscher von Terranova wollen das Erleben und Erfahren für den Nutzer aber so gestaltet werden, dass die Übergänge zwischen den Zugangstechnologien fließend und unbemerkt ablaufen.

Daneben bleiben zahlreiche weitere Herausforderungen – sowohl was die einzelnen Komponenten als auch was das Zusammenspiel aller Netzelemente angeht. Die Forscher der beteiligten Fraunhofer-Institute arbeiten an der Funkstrecke und der Integration von Funkmodulen auf Chipebene, sie erforscht die Signalprozessierung, testen die notwendigen Hardware-Implementationen der zukunftsfähigen Netzstruktur usw. Wer sich eine genaues Bild machen möchte: Vom 14. bis 17. November informieren die Wissenschaftler auf der Messe Productronica in München über ihre Forschungsarbeiten zum Projekt Terranova (Halle B2.317).

Bild: © Fraunhofer IAF / Funktionsprototyp eines 300 GHz Mehrkanal-Funksystems zur weiteren Integration als System-on-Chip