29.10.2018 | Presseinformationen:

Perspektiven für 5G und darüber hinaus: Erste THz-Richtfunkstrecke mit bis zu 100 Gbit/s Demonstration einer Richtfunkstrecke mit echten Daten nach neuem Standard für Terahertz-Kommunikation

(See english Version below)

Die Standardisierung von 5G NR, dem weltweit ersten Standard der nächsten Mobilfunkgeneration „5G“, steht kurz vor der Vollendung. Schon heute werden Datenverkehrsdichten von mehreren Terabytes pro Sekunde und pro Quadratkilometer prognostiziert. Für die Verbindung zum Mobiltelefon werden immer mehr Mobilfunkzellen, die nur einen kleinen Bereich abdecken, benötigt, um allen Nutzern die gewünschten hohen Datenraten zu bieten. Jede dieser Zellen muss mit einem „Backhaul“ an das Datennetz eines Mobilfunkanbieters angebunden werden. Nicht immer ist eine Glasfaseranbindung eine gute Option. – Im Projekt „ThoR“ stellen sich Forscherinnen und Forscher aus Europa und Japan zusammen mit Herstellern und Anwendern der Herausforderung, diese immensen Datenmengen mittels THz-Richtfunkstrecken als Backhaul in das Kernnetz der Mobilfunkanbieter zu übertragen.

Das ThoR-Konsortium vereint führende japanische und europäische Akteure aus Industrie, Forschung und Entwicklung sowie der Wissenschaft, deren Vorarbeiten den Stand der Technik in der Terahertz-Kommunikation definieren. Die Koordination übernimmt die Technische Universität Braunschweig gemeinsam mit der Waseda University in Japan. Geplant ist nicht nur, technische Lösungen für das Backhauling und Fronthauling zu entwickeln und zu untersuchen, sondern auch die Demonstration in einer realen Umgebung.

Der Frequenzbereich unterhalb 275 GHz ist intensiv genutzt. Die Möglichkeiten zur Steigerung der Übertragungsraten werden aufgrund der begrenzten Bandbreiten immer komplexer. Fortschritte in der Halbleitertechnik ermöglichen neuerdings Kommunikationssysteme bei über 275 GHz. Der THz-Frequenzbereich zwischen 300 GHz und 3 THz bietet riesige Bandbreiten von mehreren 10 GHz – solange die sogenannten passiven Dienste wie die Erdbeobachtung und die Radioastronomie nicht durch Interferenzen gestört werden. Ein wichtiges ThoR-Teilprojekt untersucht daher die Verträglichkeit mit den passiven Diensten. Die Ergebnisse fließen in die Vorbereitung der Weltfunkkonferenz in Sharm el-Sheikh, Ägypten, im Oktober 2019 ein. Bereits im Jahr 2017 verabschiedete IEEE 802, eine Projektgruppe des Institute of Electrical and Electronics Engineers, den ersten Standard IEEE 802.15.3d „100 Gbps Wireless Switched Point-to-Point Physical Layer“ für die THz-Kommunikation unter der Federführung von Forscherinnen und Forschern aus Deutschland und Japan.

Das ThoR-Projekt realisiert mit dem Aufbau einer THz-Richtfunkstrecke erstmals die enorm hohen Echtzeit-Übertragungsraten von bis zu 100 Gbit/s und implementiert erstmals den neuen IEEE-Standard für einen Backhaul oder Fronthaul. Im Vergleich dazu: Bisher erreichen die für 5G geplanten drahtlosen Backhauls nur bis zu 10 Gbit/s. Ein Highlight zum Projektende wird die Demonstration der Richtfunkstrecke mit realen Daten.

Die Technologiepartner steuern modernste Chipsätze und Modems sowie weitere Bauteile für die Richtfunkstrecke bei. ThoR wird europäische und japanische hochmoderne photonische und elektronische Technologien einsetzen. Das erlaubt, einen Transceiver mit extrem hoher Bandbreite und hohem Dynamikbereich zu bauen, der bei 300 GHz arbeitet, kombiniert mit hochmodernen digitalen Signalverarbeitungseinheiten.

Das ThoR-Projekt wird von der EU durch das Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020 (Grant Agreement 814523) und vom National Institute of Information and Communications Technology in Japan mit insgesamt drei Millionen Euro gefördert. Das Projekt startete am 1. Juli 2018 und endet am 30. Juni 2021.


Prospects for 5G and beyond: The first THz radio link with up to 100 Gbps transmission speed

Demonstration of a radio link, using real data, compliant with the new standard for terahertz communication

The standardization of 5G NR, the first global standard for the next generation of mobile communications 5G, is nearly complete. Data traffic densities of several terabytes per second per square kilometre are being predicted. Connectioning to mobile telephones requires more and more mobile radio cells, each covering only a small area, to offer the requested high data rates to all users. Each of these cells has to be connected via a “backhaul” link to the data network of a mobile service provider. Fibre connections are not always a viable option. In the project “ThoR,” researchers from Europe and Japan, together with manufacturers and operators, meet the challenge to transfer these large amounts of data by means of THz radio links as backhaul into the core network of the mobile service providers.

The ThoR consortium joins leading Japanese and European players from industry, research and development as well as from science, whose preliminary work defines the state-of-the-art in terahertz communications. Technische Universität Braunschweig in Germany and Waseda University in Japan will jointly coordinate the project, which plans not only to develop and investigate technical solutions for backhauling and fronthauling but also to carry out demonstrations in a real environment.

The frequency spectrum below 275 GHz is used intensively and the possibilities to enhance the transfer rates are becoming more and more complex due to limited available bandwidth. Recently, progress in semiconductor technology has made communication systems beyond 275 GHz possible. The THz frequency range between 300 GHz and 3 THz offers huge bandwidths of several tens of GHz as long as the so-called passive services like earth observation and radio astronomy are not disturbed by interference.

Thus a major ThoR sub-project investigates the compatibility with these passive services. The results have some influence on the preparations for the World Radio Conference in Sharm el-Sheikh, Egypt, in October 2019. Already in 2017, IEEE 802, a project group of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, passed the first standard for THz communication (IEEE 802.15.3d “100 Gbps Wireless Switched Point-to-Point Physical Layer”) with major contributions from Germany and Japan.

Currently the wireless backhaul solutions planned for 5G achieve only up to 10 Gbps. With the set-up of a THz radio link, the ThoR project realises for the first time both the enormously high real-time transfer rates of up to 100 Gbps and the implementation of the new IEEE standard for a backhaul or fronthaul system.  A highlight at the end of the project will be the demonstration of the radio link transporting real data.

The technology partners contribute state-of-the-art chip sets and modems as well as additional components to the radio link. ThoR will apply European and Japanese state-of-the-art photonic and electronic technologies to build a transceiver with an extremely high bandwidth and a high dynamic range, working at 300 GHz, combined with state-of-the-art digital signal processing units.

The ThoR project has received funding from Horizon 2020, the European Union’s Framework Programme for Research and Innovation, under grant agreement No. 814523. ThoR has also received funding from the National Institute of Information and Communications Technology in Japan (NICT). The total project cost is three million Euros. The project started on 1 July 2018 and ends on 30 June 2021.