Die drahtlosen Frequenzen für Datenübertragung sind zunehmend überlastet. Mit der wachsenden Zahl von IoT-Geräten im Haushalt – wie Smart-Speakern, Kameras, Türklopfern und Lampen – reicht die verfügbare Bandbreite bald nicht mehr aus.
Das könnte sich jedoch ändern: Forscher haben gezeigt, dass Terahertz-Frequenzen eine Schlüsselrolle in der Zukunft der drahtlosen Kommunikation spielen könnten.
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Terahertz-Wellen haben eine etwa 100-mal höhere Frequenz als die Mikrowellen von Bluetooth und Wi-Fi. Dadurch bieten sie kürzere Wellenlängen und eine immense Bandbreitenkapazität. Allerdings dringen sie nicht durch Objekte hindurch wie herkömmliche Signale. Lange galt das als Hindernis für den Heimgebrauch, wo selten eine direkte Sichtlinie zwischen Router und Geräten besteht.
Forscher der Brown University, deren Studie in APL Photonics von AIP Publishing erschienen ist, haben die Machbarkeit von Terahertz-Übertragungen in realen Szenarien nachgewiesen – inklusive Non-Line-of-Sight-Anwendungen.
Leiter der Studie Daniel Mittleman und sein Team positionierten Empfänger hinter Objekten indoor und outdoor. Direkte Signale wurden problemlos erkannt. Bei blockierter Sichtlinie reflektierten sie das Signal erfolgreich – sogar doppelt von Wandabschnitten (siehe Diagramm).
Links: Diagramm einer Terahertz-Verbindung mit zwei Wandreflexionen (keine Sichtlinie). Rechts: Nahaufnahme des experimentellen Senders. Bildnachweis: Dan Mittleman.
„Wir sind nicht die Ersten, die THz-Verbindungen indoor und outdoor testen, aber umfassende Studien fehlten bisher“, erklärt Mittleman. Viele Experten hielten indirekte Pfade für unmöglich. „Unsere Ergebnisse widerlegen das.“
Trotz dieser Fortschritte stellt sich die Frage: Wie soll das in echten Haushalten funktionieren, wo Wände, Türen, Menschen oder Haustiere Signale blockieren?
„Niemand plant, THz wie 4G einzusetzen, wo Wände durchdrungen werden“, sagt Mittleman. „Bei Frequenzen über 100 GHz sind Wände undurchsichtig. Stattdessen verteilt man Signale raumübergreifend in offenen Bereichen – verbunden via Glasfaser oder 5G mit der Außenwelt. Non-Line-of-Sight via Reflexionen ist entscheidend, um Störungen durch Passanten zu vermeiden.“
„Stellen Sie sich vor: Ein hochauflösendes TV-Signal kommt per Glasfaser ins Haus und wird dann drahtlos via THz zum Fernseher übertragen.“ – Daniel Mittleman
Reflexionen an Wänden oder Decken könnten so Stabilität gewährleisten.
Sind Terahertz-Wellen sicher?
Trotz höherer Photonenenergie gilt die Leistung in Geräten als unbedenklich. „Keine Sicherheitsrisiken wie bei Mobilfunk-Mikrowellen“, betont Mittleman. „THz dringt weniger tief ins Gewebe ein und ist bei gleicher Exposition sicherer. Erwärmung tritt nur bei extremer Leistung auf – basierend auf aktuellen Daten kein Grund zur Sorge.“
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Wann kommt die Technologie ins Heim?
Obwohl skeptisch, ist Mittleman optimistisch: „5G startet bald in der westlichen Welt. Historisch reicht eine Generation acht Jahre, bis Sättigung eintritt – wie bei 3G/4G. Nach 5G könnte 6G um 2028 folgen. Grundlagenforschung wie unsere macht das möglich.“