Möglichkeiten und Grenzen von Terahertzwellen für zukünftige Kommunikationssysteme

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Die Kapazität der Übertragungskanäle - also die maximale Datenrate, die über einen Kanal übertragen werden kann - stellt für den bisherigen Verkehrsbedarf keine Begrenzung dar. Daher reichte die Entwicklung von Technologien zur spektral effizienten Modulation und zur Verringerung des Rauschens oder der Verzerrungen bislang aus, um die derzeitigen Datensteigerungsraten von ca. 40 % pro Jahr abdecken zu können. In letzter Zeit kommen aber sowohl im Radiofrequenzbereich als auch bei der optischen Kommunikation in photonischen Netzen mögliche Grenzen in Sicht. So wurden auf der OFC 2010 mit derzeitigen Spitzentechnologien (z. B. spektral effiziente Modulationsformate, verteilte Ramanverstärkung, Unterdrückung nichtlinearer Effekte über die nichtlineare Schrödinger-Gleichung) Datenübertragungsraten gezeigt, die bereits an die Kapazitätsgrenze der weltweit verlegten Glasfasern stoßen. Eine Sättigung der stetigen Datenratensteigerungen ist nicht in Sicht. Um auch zukünftig den Kapazitätsbedarf für die weltweite Kommunikation und die breitbandige Konnektivität portabler Endgeräte bereitstellen zu können, werden daher völlig neue Ansätze benötigt. Eine Möglichkeit eröffnet dabei die Nutzung bisher unerschlossener Frequenzbereiche für die Datenübertragung. So steht eine große, bisher fast ungenutzte Bandbreite im Terahertz (THz)-Bereich zur Verfügung. Gleichzeitig bieten THz-Wellen Übertragungseigenschaften, die zwischen denen von Radio- und optischen Wellen liegen und eröffnen damit neue Möglichkeiten für die breitbandige Kommunikation. Insbesondere sind Applikationen mit GHz Bandbreiten über bisher unregulierte spektrale Resourcen möglich. In diesem Beitrag werden die physikalischen Eigenschaften der THz-Wellen unter dem Gesichtspunkt der Datenübertragung beleuchtet. Es wird ein Überblick über bisherige Projekte zur Ausnutzung dieses Frequenzbereichs gegeben und es werden Wege aufgezeigt, wie sich THz-Wellen für zukünftige Kommunikationssysteme nutzen lassen könnten.