Terahertz-Kommunikation

Die THz-Kommunikation ist nur eine von mehreren Komponenten der 6G-Technologie – neben Integrated Sensing and Communication (ISAC) , KI/ML sowie rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen (RIS) . Sub-THz-Frequenzen sollen zwar noch nicht in die erste 6G-Spezifikation Eingang finden. Sie gelten jedoch weithin als Kandidaten für spätere 6G-Releases sowie spezielle Anwendungsfälle wie Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit extrem hoher Kapazität, wo sie maximalen Durchsatz und extrem niedrige Latenzen versprechen. Darüber hinaus erschließt die THz-Kommunikation spannende neue Anwendungen wie holographische Kommunikation.

Forschung zur THz-Kommunikation

Rohde & Schwarz unterstützt die Forschung von 6G-Organisationen, Universitäten und Forschungsinstituten in Europa, Asien und in den USA. Als aktiver Partner des 6G-TERAKOM-Projekts forschen wir an der Entwicklung eines Funksystems mit integrierten Antennen für den THz-Bereich.

Außerdem waren wir am Projekt 6G-ADLANTIK beteiligt, in dessen Rahmen Technologien und Komponenten für THz-Frequenzen auf Basis photonisch-elektronischer Integration entwickelt wurden. Solche Komponenten können künftig für schnelle Datentransfers sowie innovative Messverfahren genutzt werden.

Die integrierte HF-Photonik entwickelt sich auch jenseits der 6G-Forschung zur Schlüsseltechnologie: Kompakte photonisch-elektronische Komponenten können Mikrowellen-, Millimeterwellen- und THz-Frequenzen mit einer einzigen Plattform abdecken. Weiterhin lassen sich Signale mit extrem großen Bandbreiten erzeugen und analysieren.

Die Bandbreite von Komponenten und Schnittstellen nimmt weiter zu – nicht nur im Mobilfunk, sondern auch bei den ultrabreitbandigen Verbindungen hochskalierter KI-Rechenzentren . Die Messtechnik muss entsprechend Schritt halten. Die im 6G-ADLANTIK-Projekt entwickelten photonischen Ansätze, etwa die photonische THz-Signalerzeugung mit sehr geringem Phasenrauschen, schaffen die Grundlage für die Charakterisierung solcher Ultrabreitbandkomponenten und -verbindungen. Parallel dazu laufen bereits die Standardisierungsarbeiten für die THz-Kommunikation. So bereiten beispielsweise die ETSI Industry Specification Group THz (ISG THz) und die Studienkommissionen der ITU-R die Grundlagen für die THz-Kommunikation in künftigen 6G-Releases vor.

Ihre Herausforderungen beim Testen von 6G-THz-Technologien

Der THz-Bereich bringt neue Herausforderungen für Halbleiter mit sich und macht zusätzliche Channel-Sounding-Kampagnen zur Entwicklung neuer Kanalmodelle für noch höhere Frequenzen notwendig.

Neue Halbleiterkomponenten sind für den THz-Bereich erforderlich. Diese Komponenten müssen hohe Ausgangsleistungen bei extrem hohen Frequenzen liefern. Die Notwendigkeit höherer Bandbreiten stellt für die Halbleiterindustrie eine enorme Herausforderung dar, da Bauelemente wie Leistungsverstärker (z. B. monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen) erhebliche Auswirkungen auf die Gesamtfunktion des Systems hinsichtlich Ausgangsleistung, Wirkungsgrad, Bandbreite und weiterer Parameter haben.

Die Entwicklung der Sub-THz-Kommunikation (die bei 6G zum Einsatz kommen soll) setzt ein gründliches Verständnis der Ausbreitungseigenschaften elektromagnetischer Wellen voraus. Weitere Untersuchungen zu Kanalausbreitungsmessungen oberhalb von 100 GHz sind daher unerlässlich – dieser Frequenzbereich ist bislang nur unzureichend erforscht. Die Ausbreitung von Sub-THz-Signalen wird stark durch Personen, Fahrzeuge und Umweltbedingungen wie Regen beeinflusst. Die bestehenden 5G-Kanalmodelle müssen verifiziert und angepasst werden, um Umwelteffekte angemessen widerzuspiegeln. Die Entwicklung innovativer und genauer THz-Messgeräte ist daher für die 6G-Forschung von entscheidender Bedeutung.

Testlösungen für die THz-Kommunikation

Rohde & Schwarz adressiert die Anforderungen der 6G-THz-Kommunikation bereits aktiv mit innovativen Messtechniklösungen für die Signalerzeugung und -analyse. Ein Großteil der Forschung widmet sich derzeit dem D-Band, das eines der am intensivsten untersuchten Kandidatenbänder für die längerfristige 6G-Evolution ist.

Unser einfacher, leistungsstarker Messaufbau für das D-Band besteht aus:

• FE110 Frontends: Frequenz-Auf- und -Abwärtsumsetzer für das W-Band
• FE170 Frontends: Frequenz-Auf- und -Abwärtsumsetzer für das D-Band
• FC330 Frequenzkonverter: Frequenz-Auf- und -Abwärtsumsetzer für das H-Band
• R&S®SFI100A Breitband-ZF-Vektorsignalgenerator
• R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator
• R&S®FSW Signal- und Spektrumanalysator