12,5 Gigabit/s durch die Luft
Ein europäisches Forscherteam ist dabei, ein optoelektronisches System zur Datenübertragung serienreif zu machen. Die Funktionsweise erinnert stark an die Frühzeit der Radiotechnik. Frequenznachbarn im Bereich der verwendeten Millimeterwellen sind Nacktscanner, Militärradars und elektronische Panikwaffen.
Während der neueste Standard zur mobilen Datenübertragung LTE (Long Term Evolution) gerade erst vor dem weltweiten Roll-out steht, wird bereits an der Breitbandtechnik der Zukunft intensiv geforscht.
Das durch mehrere EU-Programme geförderte Projekt der Arbeitsgruppe mit dem etwas sperrigen Namen "Integrated Photonic mm-Wave Functions For Broadband Connectivity" (IPHOBAC) hatte im Dezember 2008 die ersten Prototypen eines neuartigen Datenübertragungssystems vorgestellt.
Sphäre des Lichts
Mit "bis zu 100 MBit/s", die von LTE erwartet werden, haben die Millimeter-Funker freilich gar nichts mehr am Hut. Vielmehr wurde mit 12,5 Gigabit/s durch die Luft gleich ein neuer Weltrekord in Sachen drahtloser Datenübertragung aufgestellt.
Die Welt der Elektronik allein konnte die für diesen Frequenzbereich nötigen Komponenten allerdings nicht liefern, daher begab man sich sozusagen in die Sphäre des Lichts, um durch eine solche "alchymische Hochzeit" der Technologien eine neue Dimension der Datenübertragung möglich zu machen.
Anmerkung
Da hier von Optoelektronik über Photovoltaik bis zu herkömmlichen Schalt- und Schwingkreisen reichlich verschiedene Technologien in knapp 5.000 Zeichen Text zusammenkommen, mussten die technischen Beschreibungen ziemlich verkürzt dargestellt werden.
Laser statt Spulen
Anstelle von Spulen, Kondensatoren und anderen Bauteilen aus der Elektronenwelt kommen zum Beispiel zwei Typen von Laser zum Einsatz, nämlich "Distributed Feedback Laser" und solche nach dem "Distributed Bragg Reflector"-Prinzip, wobei Letzterer als eine Art Interferenzfilter funktioniert.
Das gute alte Silizium darf gerade noch als Sockel für winzige Bauelemente dienen, die in ihrer Umhüllung schier verschwinden. Im innersten Kreis der Schaltung aber sitzt ein Bauteil, das bereits am Beginn des Zeitalters der Elektronik gestanden war: die gute alte Diode, erfunden 1874.
Triumph der Dioden
Ursprünglich als Gleichrichter für noch zu entwickelnde Radioschaltkreise konzipiert, kam die Diode schon bald mit Licht zusammen. Die Photodiode wurde so benannt, weil sie Licht und Strom in einem Bauteil zusammenbrachte, womit man in der Nähe von Solaranlagen, nämlich beim Prinzip der Photovoltaik, ist.
Dieses urtümliche Bauteil sitzt ebenso am Anfang und am Ende jeder Glasfaserstrecke, denn die Diode sorgt für die Lichtimpulse, die Grundlage für den Transport von Daten sind. Im Grunde beherrscht dieses Bauteil nur zwei Schaltzustände - leitend in eine Richtung oder nicht -, kann aber zwischen beiden rasend schnell hin- und heroszillieren, je nachdem, wie sie angesteuert wird.
Etwas Technikgeschichte
Die allerersten Radios (Detektorempfänger) bestanden aus kaum mehr als einer "Diode" (griechisch: "Zweiweg"), einem Drehkondensator und einer Drahtspule, einem Kopfhörer. Am "unteren" Ende: eine Verbindung zu einer möglichst gut leitenden Erdung, am "oberen" Ende ein möglichst langer Draht frei durch die Luft.
Mit einem solchen, auch von Tante Jutta selbst zu bastelnden System können noch immer Mittel- und Kurzwellensender empfangen werden. Die Tonqualität bzw. die Trennschärfe einer solchen "Zweiwegschaltung" sind natürlich jenseits von schundig, allerdings funktioniert alles ohne Strom.
- Photodioden (Wikipedia, engl.)
Die Millimeterwellen
Ebenso esoterisch wie das Sende- und Empfangsgerät ist der Frequenzbereich, die Millimeterwellen. Zwischen 30 und 300 Gigahertz sind die Schwingungen nur noch einen Zentimeter bis einen Millimeter lang.
Der gesamte Bereich war bisher fast ausschließlich in der Domäne der Militärs angesiedelt. Die NATO-Bänder K, L und M sind etwa über dieses Spektrum verteilt, bis auf Radioastronomonie sind hier praktisch nur militärische Anwendungen in Betrieb: alle Sorten von Radar, vom Flugzeug und via Satellit.
Nacktscanner, Strahlenkanonen
Das "Active Denial System" des Militärzulieferers Raytheon arbeitet ebenfalls in diesem Bereich. Auf 95 GHz feuert die Strahlenkanone über eine Antenne, die einer flachgepressten Satschüssel ähnelt, gebündelte Millitermeterwellen auf Menschenmengen.
Die so Bestrahlten haben dabei das Gefühl, dass ihre Haut zu brennen anfängt. Die Millimeterwellen dringen nur bis zu den Nervenenden vor, die melden: Hauttemperatur 50 Grad. Das Resultat ist Panik, dann kommt Flucht.
Anmerkung
Der Recheck von technischen Details der Strahlenkanone von Raytheon im Netz ist der mündigen Leserschaft überlassen. Es gibt gewisse Inhalte, zu denen ein öffentlich-rechtliches Medium nicht verlinkt.
100.000 Watt
Angeblich hinterlässt das Strahlenbad weder Schmerzen noch Verletzungen. Was freilich passiert, wenn die gerichtete Millimeterstrahlung, die ein Sender mit einer Leistung von 100 Kilowatt [!] aus der Nähe auf metallene Armreifen, Ringe oder Piercings strahlt, wird weniger besprochen.
Am oberen Ende des Millimeterspektrums, dem Terahertzbereich, arbeiten die "Nacktscanner" mit einem Bruchteil dieser Dosis, da man die Passagiere ja nicht schocken, sondern nur unter ihre Kleidung schauen will.
Millimeterfunk, Zivilgesellschaft
In dieser unfeinen Frequenznachbarschaft zu Anwendungen, die Menschen Schmerz zufügen oder sie vor anderen nackt darstellen, werkt ein europäisches Team von Forschern an der drahtlosen Breitbandübertragung der nahen Zukunft für die Zivilgesellschaft.
Es geht in erster Linie um relativ kurze Funkstrecken, aber um sehr hohe Bandbreite.
Links zum Projekt:
- Die beteiligten Universitäten
0,05 Watt, zivil
Hier wird auch nicht mit 100.000 Watt Ausgangsleistung gearbeitet, vielmehr kommen typischerweise als effektive Abstrahlung (samt Verstärkung durch Antenne alias EiRP) "bis zu" 50 Milliwatt heraus.
Federführend ist die Abteilung Halbleitertechnologie und Optoelektronik der Universität Duisburg, dazu kommen Forschungsinstitute aus England, Frankreich, Spanien und Slowenien.
Mehr dazu und warum man ausgerechnet in einem physikalisch so ungünstigen Bereich der Millimeterwellen wie 60 GHz zuerst arbeitet, wird im nächsten Teil der Serie zu erfahren sein.
(futurezone/Erich Moechel)