Beyond 5G – der übernächste Schritt

Die Einführung des heute gängigen Mobilfunkstandards 4G im Jahr 2010 ermöglichte erstmals Datenübertragungsraten auf dem Niveau von Festnetzinternetzugängen auf mobilen Endgeräten. Dadurch wurden viele Anwendungen, die Mobilnutzer heute gewohnt sind, erst möglich. Beispiele sind Videotelefonie, Übertragung von Video-on-Demand auf das Handy oder auch die Vernetzung von Maschinen und Autos. Doch der Datenhunger wächst und wächst, sodass auch die vergleichsweise hohe LTE-Datenrate von bis zu einem Gigabit pro Sekunde immer öfter einen limitierenden Faktor für neue Anwendungen darstellt. Dabei steigt der Bedarf nach schnelleren Verbindungen nicht nur bei Handynutzern sondern auch in der Industrie, denn die wachsende Zahl der vernetzen Geräte und Maschinen generiert immer grössere Datenströme, die möglichst schnell und störungsfrei übertragen werden müssen.

Entsprechend steht die nächste Mobilfunkgeneration, 5G, schon in den Startlöchern. Der künftige Mobilfunkstandard verspricht eine enorme Leistungssteigerung in der drahtlosen Kommunikation – mit bis zu zehn Gigabit pro Sekunde. Doch schon jetzt zeichnet sich ab, dass die vorhandenen Frequenzbänder in Zukunft nicht ausreichen werden, um die steigende Nachfrage nach stabiler drahtloser Kommunikation zu bedienen. Aus diesem Grund arbeiten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF gemeinsam mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI und weiteren Partnern aus Industrie und Forschung im Rahmen des EU-geförderten Projekts TERRANOVA, bereits heute am übernächsten Mobilfunkstandard. Ziel ist es, eine Netzverbindung im Terahertz-Frequenzbereich zu ermöglichen, die so stabil ist, dass Daten auch drahtlos mit einer Geschwindigkeit von bis zu 400 Gigabit pro Sekunde transportiert werden können.

Eine Möglichkeit, hohe Datenraten zur Verfügung zu stellen, liegt im Ausbau des Glasfasernetzes. Doch das ist einerseits mit hohen Kosten verbunden und löst andererseits nicht die Herausforderung, mobile Geräte mit hohen Datenraten zu versorgen. Die Lösung: Die Forscher verbinden die Glasfasertechnologie mit der Richtfunkübertragung. Allerdings sind die Frequenzen, auf denen sich Mobilfunk derzeit bewegt, zu niedrig, um die Bandbreite bereitzustellen, die für eine Übertragung auf Glasfaserniveau nötig ist.

Die Bandbreite ist eine zentrale Herausforderung. Das liegt vor allem daran, dass immer mehr Endgeräte und Bereiche an der Kommunikation teilnehmen – vom Handy bis zum Auto, vom Smart Home bis zur Industrie 4.0. «Dabei geht es jedoch nicht allein um die Geschwindigkeit der Datenübertragung. Eine weitere Herausforderung, die im Rahmen des Projekts angegangen wird, ist der nahtlose Übergang zwischen den verschiedenen Zugangstechnologien. Schon heute wechseln mobile Nutzer je nach Verfügbarkeit zwischen Mobilfunknetz und WLAN, und bei Laptops kommt zusätzlich die Möglichkeit hinzu, sich über Kabelverbindungen ins Internet einzuwählen. Es gibt allerdings derzeit keinen fliessenden Übergang zwischen den Zugangsarten, sodass es bei einem Wechsel zu Unterbrechungen kommt», erklärt Dr. Colja Schubert, Gruppenleiter Optische Untersee- und Kernnetze im Fraunhofer HHI. «Im Rahmen von TERRANOVA soll das Erleben und Erfahren für den Nutzer so gestaltet werden, dass er Übergänge zwischen den Zugangstechnologien gar nicht bemerkt.»  (pd/eka)