Schleichender Download, mickrige Bandbreite – trotz aller Anstrengungen im Netzausbau fluchen noch immer zahlreiche Nutzer besonders in ländlichen Gegenden über niedrige Übertragungsraten. Forschern aus Karlsruhe ist es gelungen, die drahtlose Datenübertragung drastisch zu beschleunigen. Mit einer Datenrate von 100 Gigabit pro Sekunde übertrifft das neue Verfahren bisherige WLAN-Verbindungen um mehr als das 100-Fache. Und in ihrer Veröffentlichung in „Nature photonics“ prophezeien die Forscher bereits den nächsten Schritt.
Schnell genug, um den Inhalt einer BluRay Disc innerhalb von zwei Sekunden zu übertragen – so schnell sind 100 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s). Während kabelgebundene Netzwerke schon länger mit Geschwindigkeiten dieser Größenordnung arbeiten und sie zum Teil übertreffen, hinkten Drahtlosnetze bislang deutlich hinterher. Selbst die bislang höchsten theoretisch drahtlos erreichbaren Geschwindigkeiten liegen knapp über 7 Gbit/s. Die drahtlose Übertragungsrate, die den Forschern des Projekts „Millilink“ am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gelang, kann nun an Bandbreite mit einem Glasfaserkabel mithalten. Allerdings sendeten die Forscher vorerst nur über eine Distanz von 20 Metern. Bereits im Mai hatten sie eine Übertragungsrate von 40 Gbit/s über eine Distanz von einem Kilometer erreicht.
Kombination von photonischen und elektronischen Technologien
Die große Neuerung, die die Rekordgeschwindigkeit ermöglicht, ist ein photonischer Sender. Dieser erzeugt Funksignale, indem zwei Laser überlagernd auf eine Photodiode treffen. So wird ein optisches Signal in ein hochfrequentes elektrisches Signal umgewandelt, hier mit einer Frequenz von 237,5GHz. Dieses Signal wird dann von einer Antenne gesendet. Außerdem fasst der Sender mehrere Bits zu sogenannten Datensymbolen zusammen und sendet sie gleichzeitig. Mittels dieser Technik lassen sich Daten aus Glasfaserkabeln direkt in hochfrequente Funksignale umwandeln.
Als Empfänger dient ein elektronischer Halbleiter-Chip, der ebenfalls im Rahmen des „Millilink“-Projekts am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Freiburg entwickelt wurde. Die Elektronen in den verwendeten HEM-Transistoren sind besonders beweglich (HEMT = high electron-mobility transistor). Dies ermöglicht die große Bandbreite des Chips bei der hohen verwendeten Frequenz.
Fortschritte im ländlichen Raum
Das Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes „Millilink“ ist die Einbindung von drahtloser Übertragung in optische Breitbandnetze. Die neue Technologie soll besonders im ländlichen Bereich angewendet werden. In vielen Gegenden ist der großflächige Ausbau mit Glasfasernetzen unwirtschaftlich. Mit der entwickelten Funkmethode könnten jedoch Hindernisse wie Flüsse oder dichte Waldstücke problemlos überbrückt werden. Aber auch für den WLAN-Hausgebrauch und im Kommunikationsbereich sind zahlreiche Anwendungen denkbar.
Für Swen König, der das Experiment am KIT plante und durchführte, ist damit noch lange nicht genug, denn „durch den Einsatz mehrerer Sende- und Empfangsantennen, könnte die Datenrate nochmals vervielfacht werden. Damit rücken Funksysteme mit einer Datenrate von einem Terabit pro Sekunde näher.“ (Nature Photonics, 2013; doi: 10.1038/nphoton.2013.275)
(Karlsruher Institut für Technologie, 14.10.2013 – AKR)
