6G: Samsung und UCSB erzielen Terahertz-Verbindung

Samsung forscht bereits an einem Nachfolger des noch relativ jungen 5G-Standards. Für 6G hat das Unternehmen schon letztes Jahr ein Whitepaper vorgelegt, das auch Mobilfunk im Terahertz-Frequenzbereich vorsieht. Mit der University of California, Santa Barbara wurde jetzt eine erste Verbindung mit 2 GHz Bandbreite demonstriert.

Der potenziell ab 2028 in ersten Umsetzungen zum Einsatz kommende 6G-Standard soll Projektionen von Samsung zufolge Geschwindigkeiten von 1 Tbit/s (125 GB/s) erreichen und mit Latenzen von 0,1 ms und damit nur noch einem Zehntel von 5G arbeiten. Ein möglicher Kandidat für das Erreichen dieser Ziele sei die Nutzung des Terahertz-Frequenzbereiches. Samsung geht davon aus, dass 6G im gesamten derzeit von 4G und 5G genutzten Frequenzbereich und darüber hinaus bis 3.000 GHz genutzt werden wird. Erst Bandbreiten von mehreren Hundert Gigahertz pro Carrier würden mit dem neuen Terahertz-Spektrum Geschwindigkeiten im Bereich von 1 Tbit/s möglich machen.

2 GHz Bandbreite für 6,2 Gbit/s

Gemeinsam mit der University of California, Santa Barbara (UCSB) hat Samsung im Rahmen des IEEE International Conference on Communications (ICC 2021) jetzt eine erste Terahertz-Verbindung demonstriert. Dabei wurde eine End-to-End-Verbindung im Frequenzbereich bei 140 GHz unter Verwendung von vollständig digitalem Beamforming aufgebaut.

Der End-to-End-Prototyp nutzte einen Phased-Array-Transmitter und Receiver mit 16 Kanälen und 128 Element Antennen-Array und war mit einer Baseband-Unit verbunden, die Signale mit 2 GHz Bandbreite und dem genutzten Beamforming verarbeiten kann. In einem ersten „Proof of Concept“ Over-the-Air-Test wurde im Terahertz-Spektrum bei 140 GHz über eine Strecke von 15 m eine Geschwindigkeit von 6,2 Gbit/s erreicht.

Samsung und UCSB wollen weiter kooperieren

Erstmals entwickelt wurden der Transmitter und Receiver für das 140-GHz-Spektrum im Jahr 2017 von einer Forschergruppe innerhalb der UCSB, die von Electrical and Computer Engineering Professor Mark Rodwell geleitet wird. Die Entwicklung war Teil eines gesponserten Programms der National Science Foundation (NSF) der USA. „Wir bringen unser Wissen fortgeschrittener mmWave-Technologien im THz-Spektrum oberhalb von 100 GHz ein, während Samsung Expertise bei drahtlosen Systemen und Mobilfunknetzen liefert“, sagte Rodwell. Die Kooperation zwischen Samsung und der UCSB soll fortgesetzt werden, um 6G und THz-Kommunikation eines Tages Wirklichkeit werden zu lassen.

Bereits letzte Jahr hatte Samsung erklärt, dass der Terahertz-Frequenzbereich enorme Anforderungen an Antennen und Umgebung stelle, da mit riesigen MIMO-Antennen gearbeitet werden müsse, die Verbindungen auf Sichtlinie aufbauen, und die extrem empfindlich etwa auf Witterungsbedingungen reagieren. Die atmosphärische Absorption sei zum Beispiel ein Problem, Regen und selbst Sauerstoff stellen Hürden dar.

Kommen die Hologramm-Projektionen?

Im Terahertz-Band stehe Samsung zufolge gewaltiges Spektrum zur Verfügung, das zweistellige GHz-Kanalbreiten ermögliche. Das Unternehmen erwartet Spitzengeschwindigkeiten, die um den Faktor 50 über denen von 5G liegen und dabei nur noch ein Zehntel der Latenz aufweisen könnten. Ein Anwendungsgebiet könnten mobile Hologramm-Projektionen sein, die Samsung bereits im letztjährigen 6G Whitepaper nannte.

Ein von einem 6,7-Zoll-Display ausgehendes Hologramm mit 11,1 Gigapixeln würde bereits 0,58 Tbit/s benötigen, erklärte Samsung letztes Jahr. Soll hingegen ein menschengroßes Hologramm erzeugt werden, könnte dieses gleich mehrere Tbit/s voraussetzen. Mit der Hologramm-Technologie sollen sich digitale Repliken von Personen und Objekten erstellen lassen, mit denen interagiert werden kann. Um eine 1×1 Meter große Fläche zu duplizieren, werde eine Auflösung im Bereich von 1 Terapixel benötigt, so Samsung, die selbst mit starker Kompression 0,8 Tbit/s voraussetze.