Gigabit Funkübertragung mit intelligenten Antennen

Das Terahertz Communications Lab (www.tcl.tu-bs.de) der Technischen Universität Braunschweig und das Institut für angewandte Funksystemtechnik geben ihre Zusammenarbeit auf dem Gebiet der zukünftigen drahtlosen Kommunikation bekannt.
In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Projekt QStream werden neuartige Verfahren zur ultraschnellen drahtlosen Datenübertragung untersucht. Die Zusammenarbeit ist eingebettet in ein europäisches Projekt innerhalb des Forschungs- und Entwicklungsprogramms MEDEA+. Es beteiligen sich renommierte europäische Universitäten und Unternehmen aus der Unterhaltungselektronik, wie z. B. NXP, Thomson oder STMicroelectronics.

Das Projekt stellt gleichzeitig eine Kooperation innerhalb des Vereins TELIAISON (www.teliaison.de) dar. Bei TELIAISON handelt es sich um einen Zusammenschluss von sieben mittelständischen Unternehmen aus der Region Südostniedersachsen, der Technischen Universität Braunschweig und der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel, bei dem Nachwuchsförderung und Personalentwicklung im Vordergrund steht.

Die drahtlose Datenübertragung hat in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen. Sie bietet ein hohes Maß an Flexibilität und ermöglicht Anwendungen, die aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken sind. Der Bedarf an Geschwindigkeit wird jedoch schon bald das Hundertfache dessen was heutige Systeme wie WLAN (IEEE 802.11g) oder Bluetooth (IEEE 802.15.1) zu leisten vermögen, überschreiten. Um dieses Ziel zu erreichen, werden neue drahtlose Kommunikationssysteme benötigt. Das System, das innerhalb von QStream entwickelt wird, wird in einem Frequenzbereich um 60 GHz arbeiten und eine Reichweite von etwa 10 Metern bieten. Mit solch einem 60-GHz-Funksystem kann z. B. der Inhalt einer DVD innerhalb von 15 Sekunden übertragen werden, was mit heutigen Systemen mehr als 15 Minuten dauern würde. Außerdem gilt die GHz-Funktechnologie als die einzige, mit der die drahtlose Übertragung von unkomprimiertem Videomaterial (HDTV)
möglich ist.

Herausforderungen in diesem Projekt sind unter anderem die hohe Datenrate der zu übertragenden Signale und die Beschaffenheit des 60-GHz-Signals, das ähnlich einem Lichtstrahl sehr stark gebündelt ausgesendet wird. Beides stellt sehr hohe Anforderungen an die eingesetzte Hardware und die Signalverarbeitung. Im Verlauf des Projektes wird in Braunschweig ein Hardware‐Demonstrator konzipiert und aufgebaut, der erstmalig eine robuste Datenübertragung mit einer Geschwindigkeit von einigen Gbit/s im 60-GHz-Frequenzband ermöglichen wird. Dabei kommen intelligente Antennen zum Einsatz, die sich automatisch an die Umgebung anpassen. Im Falle einer unzureichenden Verbindungsqualität, ausgelöst z. B. durch Personen zwischen Sender und Empfänger, richten sich diese Antennen automatisch auf einen alternativen Übertragungspfad aus und gewährleisten so eine störungsfreie Verbindung ohne Unterbrechung.

Mit der entwickelten Technologie wird es möglich hochauflösende Videosignale kabellos zu HDTVBildschirmen zu übertragen. Weitere zukünftige Anwendungen könnten z.B. Downloadstationen ähnlich heutigen Videotheken sein, an denen z. B. eine komplette DVD oder Blu-Ray Disc heruntergeladen werden kann. Außerdem wird eine sekundenschnelle Übertragung großer Datenmengen zwischen PCs oder anderen elektronischen Geräten möglich.

Das Terahertz Communications Lab (TCL) ist ein Zusammenschluss von vier Forschungsgruppierungen an der Technischen Universität Braunschweig und der Abteilung für elektromagnetische Felder an der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB), ebenfalls ansässig in Braunschweig. Ziel dieser Vereinigung ist es, den bisher weitgehend ungenutzten THz-Frequenzbereich für drahtlose
Kommunikation zu erschließen.

Am QStream-Projekt sind zwei Gruppen des TCL beteiligt. Die Abteilung für Mobilfunksysteme am Institut für Nachrichtentechnik unter der Leitung von Prof. Dr.- Ing. Thomas Kürner beschäftigt sich sowohl mit Kanal- und Ausbreitungsmodellierung und Messungen, als auch mit der Systemauslegung zukünftiger Kommunikationssysteme. In der Abteilung für Mikrowellentechnik am Institut für Hochfrequenztechnik unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jörg Schöbel werden Antennen und Hardwarekomponenten, bis hin zum kompletten Demonstrator entwickelt und realisiert.

Das Institut für angewandte Funksystemtechnik (IAF) in Braunschweig führt anwendungsorientierte Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Bereich der digitalen Funkübertragungstechnik durch. Den Schwerpunkt der Arbeit des IAF bilden digitale Verfahren zur Übertragung hoher Datenraten über Funk für Anwendungen in den Bereichen Mobile Kommunikation und Digital Broadcasting. Die angebotenen Dienstleistungen umfassen Systemkonzeption und Simulation, System Design und
Implementierung in hardwarenahen Programmiersprachen sowie Entwicklung, Herstellung und Test von Hardwarekomponenten. Neben den Entwicklungsdienstleistungen bietet IAF auch ein universelles Hardware‐Baukastensystem für den Aufbau von Prototypen an.