Koordinationsfonds

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Kürner
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403579441

Seit der Einreichung des Antrags für die erste Phase Ende 2018 hat die THz Kommunikation eine erhebliche Beachtung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft erfahren und wird als eine Schlüsseltechnologie betrachtet mit der die Anforderungen infolge des exponentiellen Datenwachstums erfüllt werden können. Die THz Kommunikation wird als ein Kandidat für die Luftschnittstelle der 6. Generation des Mobilfunks angesehen. Die mit drahtlosen Kommunikationssystemen realisierten Datenübertragungsraten verdoppeln sich alle 18 Monate. Bereits heute kann man voraussehen, dass Datenraten von 100 Gbit/s bei speziellen Anwendungen und Systemen wie Backhaul/Fronthaul per Funk, Kiosk-Downloading, Nahbereichskommunikation, drahtlosen Verbindungen in Rechenzentren sowie der Chip-zu-Chip-Kommunikation mittelfristig benötigt werden. Selbst mit sehr weit entwickelten Übertragungsverfahren, können solche Übertagungsraten nur realisiert werden, wenn sehr große Bandbreiten in der Größenordnung von mehreren 10 GHz zur Verfügung stehen. Solche Bandbreiten sind nur im THz-Frequenzbereich (oberhalb 300 GHz) verfügbar. Die Übertragung über Trägerfrequenzen im THz-Bereich bringt weitere Herausforderungen mit sich. Besonders zu erwähnen ist hier, dass der Pfadverlust im Vergleich zum Pfadverlust bei den sonst genutzten Frequenzbereichen sehr vieler höher ist. Das führt dazu, dass ein THz-Kommunikationssystem nicht einfach als eine skalierte Version der Systeme bei niedrigeren Frequenzen entwickelt und charakterisiert werden kann. Beispielsweise sind Hochgewinnantennen unverzichtbar, um den hohen Pfadverlust auszugleichen. Jedoch bedingt ein hoher Gewinn eine hohe Richtwirkung, so dass in mobilen Szenarien adaptive Strahlformung zum Einsatz kommen muss. Da sich Sender und Empfänger sich für einen Verbindungsaufbau auch unter solchen Bedingungen zunächst finden müssen, hat dies einen großen Einfluss auf das Verfahren zur gegenseitigen Entdeckung der Endgeräte („Device Discovery“). Die hohen Datenraten bringen neue Herausforderungen für die Abtastung und für Analog-Digital-Konvertierung. Das hat zur Folge, dass die Funkkanaleigenschaften und das Systemdesign (Modulation, Symbolstruktur, Abtastung bei ultra-hohen Datenraten, Design der Hochfrequenzkomponenten, Netzaspekte) sich gegenseitig stark beeinflussen und nicht mehr getrennt betrachtet werden können. Dies zeigt beispielhaft die Notwendigkeit eines Paradigmenwechsels, bei dem sich Messverfahren dahingehend entwickeln, dass die Leistungsfähigkeit von THz-Kommunikationssystemen in realen Umgebungen vorhergesagt werden muss. Die Fähigkeit Messungen durchzuführen sowie die Entwicklung von metrologischen Konzepten um diese Messungen definiert durchführen zu können, sind kritisch im Hinblick auf die Weiterentwicklung von THz-Kommunikationssystemen. Obwohl wir in Phase I des Projekts signifikante Ergebnisse erzielt haben, haben wir zahlreiche Forschungsfragestellungen für die Phase II identifiziert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2863: Metrologie für die THz Kommunikation