Terahertz Netzwerk Tester (T-Net)

• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434501194

Die ständig steigende Nachfrage nach drahtloser Kommunikation mit ultrahoher Datenrate erfordert die Erschließung neuer Frequenzbänder im elektromagnetischen Spektrum. Neue Mobilfunknetze der 6. Generation könnten diesen Bedarf im THz-Bereich decken. So wurde es auf dem weltweit ersten 6G-Gipfel im finnisch-lappländischen Levi am 26. März 2019 angekündigt. Erste Prognosen sehen die Einrichtung von 6G-Netzen bereits für das Jahr 2030 vor, was erhebliche Investitionen in Wissenschaft, Technologie und Innovation in den nächsten 5 Jahren erfordert. Dies steht im Einklang mit der Einführung eines neuen IEEE 802.15.3d-2017 Standards, der das 252-322-GHz-Band für die drahtlose Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zuweist. Der THz-Bereich weist allerdings einige Besonderheiten auf, die es zu berücksichtigen gilt. Zum Beispiel werden THz-Antennen mit sehr hoher Richtwirkung benötigt, um den Übertragungsverlust im freien Raum zu kompensieren. Damit sind höhere Kanalisolation in einer MIMO-Topologie (Multiple Input Multiple Output) erreichbar. THz-Antennen können so die Interferenz zwischen benachbarten Kanälen minimieren und Frequenzen häufiger wiederverwendet werden, wodurch die spektrale Effizienz und die Signalqualität verbessert werden. Erste Ergebnisse einer ultrahohen Datenraten Kommunikationstechnik mit bis zu 100 Gbit/s wurden von der Bergische Universität Wuppertal kürzlich veröffentlicht. Zukünftige MIMO-Netze könnten damit Datenraten von bis zu einem Tbit/s erreichen. Zusätzlich müssen aber auch neue Anwendungsfelder wie Edge-Cloud-Computing, Virtual / Augmented Reality oder Machine-to-Machine-Computing unterstützen werden. Zukünftige Kommunikationsnetze müssen daher in Echtzeit rekonfigurierbar sein. Hinzu kommt die Unterstützung von RF Beamforming/Beamstearing mit äußerst geringer Latenzzeit. Für den Test solcher zukunftsweisenden Netzwerke ist ein Terahertz-Netzwerk-Tester (T-Net) erforderlich. Leider ist keines der heutzutage verfügbaren Messgeräte in der Lage mehrere THz-Knoten gleichzeitig zu analysieren. Dabei ist nicht die Leistungsklasse in Bezug auf Abtastrate, Bandbreite und Auflösung limitierend, sondern die Fähigkeit mehrere Kanäle im Netzwerkbetrieb zu betreiben. Ziel dieses Vorhabens ist es, den Stand der Messtechnik für ultrahohe Datenraten, um die fehlende Netzwerkanalysefunktionen zu ergänzen. Das T-Net Projekt überwindet dabei die Einschränkungen vorhandener Einkanal-Messgeräte, wie z. B. durch die Entwicklung eines synchronisierten MIMO-Betriebsmodus in Echtzeit. Neben der Messung ultrahoher Datenraten wird es erstmals möglich Kanalinterferenzen zu korrigieren und die Charakterisierung der Latenz bei elektronischen Strahlführung in Echtzeit zu bestimmen. Zusammenfassend wird eine Messplattform für THz-Funknetze für wissenschaftliche Forschungszwecke bereitgestellt, die die eine Analysefunktionen von schnell agierenden MIMO-Netzen mit mehreren THz-Knoten unterstützt.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Terahertz Network Tester
• Gerätegruppe: 2720 Impedanz- und Dämpfungsmeßgeräte, Frequenzgangmeßgeräte, Netzwerkanalysatoren
• Antragstellende Institution: Bergische Universität Wuppertal
• Beteiligte Institution: Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS)
• Leiter: Professor Dr. Ullrich Pfeiffer