Mit Terahertz-Funk ins 6G-Zeitalter: Wissenschaftler erschaffen das Mobilfunknetz der Zukunft

Der Mobilfunk der Zukunft soll nicht nur schneller werden, sondern vor allem zuverlässiger, flexibler und flächendeckend verfügbar sein. Während in vielen Regionen Deutschlands noch immer Funklöcher den Alltag bestimmen, arbeiten Wissenschaftler bereits an der sechsten Mobilfunkgeneration – kurz 6G.

Im Mittelpunkt stehen dabei neue Funktechnologien, die enorme Datenmengen übertragen und zugleich abgelegene Regionen besser anbinden sollen. Eine der führenden Forschungseinrichtungen im deutschen Raum ist die Universität Stuttgart, wo ein Team um Prof. Ingmar Kallfass, Experte für Leistungshalbleitersysteme, Terahertz-Richtfunkverbindungen entwickelt.

Funk statt Tiefbau

Daten sollen künftig mit extrem hohen Geschwindigkeiten drahtlos zwischen festen Punkten übertragen werden, etwa zwischen Mobilfunkmasten oder schwer erreichbaren Gebieten.

Richtfunkverbindungen sind seit Jahren eine praktische Alternative zum aufwendigen Glasfaserausbau. Das ist besonders für Regionen interessant, in denen das Verlegen von Kabeln teuer oder technisch schwierig ist.

Die Stuttgarter Forscher gehen allerdings deutlich weiter als bisherige Systeme. Ihre Teststrecke nutzt eine Frequenz von 300 Gigahertz, was etwa vier- bis fünfmal höher ist als klassische Richtfunklösungen. Mit steigender Frequenz wachsen auch die möglichen Datenraten erheblich.

Die Testanlage verbindet zwei Dächer auf dem Campus der Universität Stuttgart über eine Distanz von rund 100 Metern. Neben der Geschwindigkeit ist auch die Stabilität der Verbindung ein wichtiger Faktor. Regen, Nebel oder Schnee hätten die Funkstrecke im Praxistest nicht beeinträchtigt, erklärt Kallfass.

Vorteil gegenüber Lasertechnik

Gerade die Robustheit unterscheidet Terahertz-Funk von optischen Kommunikationssystemen wie Laserstrecken. Hohe Luftfeuchtigkeit oder Niederschlag können Laserübertragungen massiv stören. Die Funkverbindung in Stuttgart soll dagegen auch unter schwierigen Wetterbedingungen zuverlässig arbeiten.

Trotz vergleichbarer Datenraten sehen die Wissenschaftler ihre Technologie nicht als Konkurrenz zur Glasfaser, sondern als Ergänzung. Denn der klassische Netzausbau gilt als teuer und langwierig. Vor allem der Anschluss neuer Mobilfunkstandorte verzögert sich häufig durch fehlende Leitungen.

Besonders im sogenannten Backhaul-Netz könnte die Technologie künftig eine wichtige Rolle spielen. Dieses Netz verbindet Mobilfunkstationen untereinander und transportiert die Daten weiter ins Kernnetz. Gerade hier sieht Kallfass großes Potenzial: „Per Funk ginge der Anschluss deutlich einfacher, flexibler und vor allem günstiger.“

Die letzte Meile

Auch beim Breitbandausbau in ländlichen Regionen könnten Richtfunkverbindungen künftig helfen. Die Forscher sprechen von der letzten Meile – also dem letzten Abschnitt bis zum Haushalt oder Betrieb. Statt kilometerlange Glasfaserkabel zu verlegen, könnten Funkstrecken hohe Datenraten direkt übertragen.

Technisch werden für die extrem hohen Frequenzen besonders leistungsfähige Mikrochips benötigt. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg arbeiten die Forschenden deshalb an speziell angepassten Halbleitern. Parallel dazu entwickeln sie neue Modems, welche die enormen Datenmengen überhaupt verarbeiten können.

Mit 6G Himmel und Erde verbinden

Während in Stuttgart an ultraschnellen Funkstrecken gearbeitet wird, untersucht ein weiteres Großprojekt der Universität Bremen die Architektur künftiger 6G-Netze. Im Projekt 6G-Coverage erforschen Wissenschaft und Industrie gemeinsam, wie eine unterbrechungsfreie Netzabdeckung möglich wird.

Die Vision geht über heutige Mobilfunknetze hinaus: Künftig sollen terrestrische Funkmasten mit Flugplattformen und Satelliten in niedrigen Erdorbits zusammenarbeiten. Dadurch entstünde ein dreidimensionales Kommunikationsnetz, das Fahrzeuge, Drohnen oder Maschinen permanent online hält.

An dem Projekt beteiligen sich unter anderem Bosch, Nokia, Telefónica, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie mehrere Forschungsinstitute. Die Technologien werden zunächst simuliert und anschließend unter realen Bedingungen getestet.

Für Forscher wie Ingmar Kallfass ist klar, dass der Datenbedarf in den kommenden Jahren massiv steigen wird. „Dass wir es mit unserer Technologie vom Labormaßstab ins Netz schaffen und damit einen Beitrag leisten zu schnellerer, stabiler und flexiblerer Kommunikation selbst an den entlegensten Orten der Welt – das ist meine Vision.“