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Ingenieure in China und den Vereinigten Staaten haben einen kompakten 6G-Prototypchip vorgestellt, der anhaltende Datenraten von über 100 Gigabit pro Sekunde (Gbps) liefern kann. Diese Durchsatzrate liegt etwa zehnmal über dem theoretischen Spitzenwert von 5G und ist um Größenordnungen schneller als die heutigen durchschnittlichen Mobilverbindungen. Entwickelt von Teams der Peking-Universität, der City University of Hong Kong und der University of California, Santa Barbara, zeigt das Gerät einen praktischen Ansatz für die ultrabreitbandigen Funkfrequenzen, die voraussichtlich die Basis zukünftiger 6G-Netze bilden werden.
Wesentliche technische Merkmale
Größe und Frequenzbandabdeckung
Der Chip misst nur 11 Millimeter mal 1,7 Millimeter und deckt dennoch einen ultrabreitbandigen Frequenzbereich von 0,5 GHz bis 115 GHz ab. Diese Bandbreite entspricht in etwa neun Funkbändern, eine Aufgabe, die gewöhnlich viele verschiedene Komponenten erfordert. Die Integration dieser Bänder in ein einziges, kompaktes Gehäuse ist ein bedeutender technischer Fortschritt für drahtlose Hardware.
Elektro-optische Umwandlung und Erzeugung
Der Prototyp nutzt einen elektro-optischen Modulator, um Hochfrequenzsignale in optische Signale zu übersetzen, die mit sehr geringen Verlusten und hoher Integrität verarbeitet werden können. Zur Erzeugung der Funkfrequenzen über das Ultrabreitband kombiniert das Design optische Techniken mit optoelektronischen Oszillatoren. Diese Kombination reduziert die Komplexität und ermöglicht gleichzeitig eine hohe spektrale Effizienz und große momentane Bandbreite.
Wie es sich zu 5G verhält
Während der theoretische Spitzenwert von 5G oft bei rund 10 Gbps angegeben wird, liegen die realen Verbrauchergeschwindigkeiten deutlich darunter – US-Mobilanbieter melden typischerweise Durchschnittswerte zwischen 150 und 300 Megabit pro Sekunde (Mbps). Die Fähigkeit des neuen 6G-Chips zu mehr als 100 Gbps würde neue Anwendungsbereiche ermöglichen und die Latenz für datenintensive Aufgaben drastisch reduzieren.
Vorteile und Leistungsnutzen
Hoher Durchsatz und spektrale Effizienz
Der integrierte Ultrabreitband-Ansatz erhöht den Rohdurchsatz und verbessert die spektrale Nutzung, indem er einen nahtlosen Betrieb über mehrere Frequenzbänder ermöglicht. Die elektro-optische Architektur hilft zudem, RF-Verluste und Interferenzen zu mindern, was in dichten Umgebungen zu höheren effektiven Nutzerdatenraten führen kann.
Kompaktes Formfaktor
Die Verkleinerung der RF- und photonischen Kette auf ein 11 mm × 1,7 mm großes Paket reduziert Energie- und Platzaufwand und macht die Technologie vielversprechend für Basisstationen, Small Cells und potenziell fortschrittliche Endgeräte.
Anwendungsfälle und praktische Nutzung
Die Bandbreite und das geringe Latenzpotenzial dieses Chipsets unterstützen eine Reihe kurz- und langfristiger Anwendungsfälle:
- Ultra-HD- und immersive Medienstreaming (4K/8K, VR/AR) mit nahezu sofortigen Downloads und nahezu keiner Pufferung.
- Verteilte KI- und Edge-Computing-Workflows, die schnelle, große Modellupdates und Echtzeit-Inferenz erfordern.
- Industrielle Automatisierung, Fernoperationen (z. B. Telechirurgie) und Koordination autonomer Fahrzeuge, bei denen sowohl Durchsatz als auch deterministische Latenz entscheidend sind.
- Backhaul- und Fronthaul-Verbindungen für dichte städtische Netze, die Multi-Hundert-Gigabit-Links benötigen.
Marktrelevanz und Fahrplan
Mit der Erwartung, dass 6G-Deployment erst in den 2030er Jahren erfolgt, sind Komponenten wie dieser Chip dennoch entscheidend, um das Ökosystem und die Standards aufzubauen. Die Integration optischer und RF-Techniken in kompakte Module adressiert bekannte Herausforderungen beim Mehrbandbetrieb und könnte das Vertrauen von Herstellern und Betreibern in 6G-Hardware beschleunigen. Das Forschungsteam veröffentlichte seine Ergebnisse in Nature, was eine peer-reviewte Validierung darstellt und zur weiteren Zusammenarbeit mit der Industrie einlädt.
Beschränkungen und nächste Schritte
Die großflächige Einführung erfordert Entwicklungen auf Systemebene: Radios, Antennen, Netzwerkprotokolle, Spektrumszuweisung und Infrastrukturinvestitionen müssen sich weiterentwickeln. Energieverbrauch, thermisches Management, Fertigungsrendite und Kosten werden darüber entscheiden, ob sich der Prototyp zu kommerziellem Silizium skalieren lässt. Dennoch ist die Demonstration ein bedeutender Schritt in Richtung ultrabreitbandiger 6G-Radios.
Fazit
Der ultrabreitbandige 6G-Prototyp kombiniert photonische und RF-Innovationen, um in einem winzigen Paket mehr als 100 Gbps zu erreichen, und bietet einen Ausblick auf die hochdurchsatzfähige Zukunft der drahtlosen Kommunikation. Während Betreiber und Hardwareanbieter die Grundlagen für 6G legen, könnten solche Chips zu zentralen Bausteinen für Netze der nächsten Generation werden, die UHD-Streaming, allgegenwärtige KI und neue industrielle Anwendungsfälle unterstützen.
Quelle: sciencealert
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