Rohde & Schwarz (R&S) präsentierte auf der European Microwave Week (EuMW 2024) in Paris einen Prototyp für ein 6G-Funkdatenübertragungssystem auf Basis photonischer Terahertz-Kommunikationsverbindungen und trug damit zur Weiterentwicklung drahtloser Technologien der nächsten Generation bei. Das im Projekt 6G-ADLANTIK entwickelte, hochstabile und abstimmbare Terahertz-System basiert auf Frequenzkammtechnologie mit Trägerfrequenzen deutlich über 500 GHz.
Auf dem Weg zu 6G ist es entscheidend, Terahertz-Sendequellen zu entwickeln, die ein qualitativ hochwertiges Signal liefern und einen möglichst breiten Frequenzbereich abdecken. Die Kombination optischer und elektronischer Technologien ist eine der Möglichkeiten, dieses Ziel zukünftig zu erreichen. Auf der EuMW 2024 Konferenz in Paris präsentiert R&S seinen Beitrag zur hochmodernen Terahertz-Forschung im Projekt 6G-ADLANTIK. Das Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung von Terahertz-Komponenten auf Basis der Integration von Photonen und Elektronen. Diese noch zu entwickelnden Terahertz-Komponenten ermöglichen innovative Messungen und eine schnellere Datenübertragung. Sie eignen sich nicht nur für die 6G-Kommunikation, sondern auch für Sensorik und Bildgebung.
Das Projekt 6G-ADLANTIK wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und von R&S koordiniert. Zu den Partnern gehören die TOPTICA Photonics AG, das Fraunhofer-Institut HHI, die Microwave Photonics GmbH, die Technische Universität Berlin und die Spinner GmbH.
Ein ultrastabiles, abstimmbares 6G-Terahertz-System auf Basis von Photonentechnologie
Der Machbarkeitsnachweis demonstriert ein ultrastabiles, abstimmbares Terahertz-System für die drahtlose 6G-Datenübertragung. Es basiert auf photonischen Terahertz-Mischern, die Terahertz-Signale mittels Frequenzkammtechnologie erzeugen. In diesem System wandelt die Fotodiode optische Schwebungssignale, die von Lasern mit leicht unterschiedlichen optischen Frequenzen erzeugt werden, durch Photonenmischung in elektrische Signale um. Die Antennenstruktur um den photoelektrischen Mischer wandelt den oszillierenden Fotostrom in Terahertz-Wellen um. Das resultierende Signal kann für die drahtlose 6G-Kommunikation moduliert und demoduliert und über einen weiten Frequenzbereich abstimmbar sein. Das System lässt sich zudem auf Bauteilmessungen mit kohärent empfangenen Terahertz-Signalen erweitern. Die Simulation und der Entwurf von Terahertz-Wellenleiterstrukturen sowie die Entwicklung von photonischen Referenzoszillatoren mit extrem niedrigem Phasenrauschen gehören ebenfalls zu den Arbeitsschwerpunkten des Projekts.
Das extrem niedrige Phasenrauschen des Systems ist dem frequenzkammgekoppelten optischen Frequenzsynthesizer (OFS) im TOPTICA-Lasersystem zu verdanken. Die High-End-Instrumente von R&S sind integraler Bestandteil dieses Systems: Der Breitband-ZF-Vektorsignalgenerator R&S SFI100A erzeugt ein Basisbandsignal für den optischen Modulator mit einer Abtastrate von 16 GS/s. Der HF- und Mikrowellensignalgenerator R&S SMA100B generiert ein stabiles Referenztaktsignal für TOPTICA-OFS-Systeme. Das Oszilloskop R&S RTP tastet das Basisbandsignal hinter dem fotoleitenden CW-Terahertz-Empfänger (Rx) mit einer Abtastrate von 40 GS/s ab, um es weiterzuverarbeiten und das 300-GHz-Trägerfrequenzsignal zu demodulieren.
6G und zukünftige Frequenzbandanforderungen
6G wird neue Anwendungsszenarien in Industrie, Medizintechnik und Alltag eröffnen. Anwendungen wie Metakomen und Extended Reality (XR) stellen neue Anforderungen an Latenz und Datenübertragungsraten, die von aktuellen Kommunikationssystemen nicht erfüllt werden können. Die Weltfunkkonferenz 2023 (WRC23) der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) hat zwar neue Frequenzbänder im FR3-Spektrum (7,125–24 GHz) für die weitere Forschung im Hinblick auf die ersten kommerziellen 6G-Netze identifiziert, die 2030 in Betrieb gehen sollen, doch um das volle Potenzial von Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) auszuschöpfen, ist das Frequenzband im asiatisch-pazifischen Raum bis 300 GHz ebenfalls unerlässlich.
Veröffentlichungsdatum: 13. November 2024