Die nationale Bedeutung von Technologien für die Kommunikation und Lokalisierung und des Aufbaus einer europäischen Strategie für mehr Eigenständigkeit gegenüber US-amerikanischer und chinesischer Firmen ist zuletzt an den Diskussionen um die Einführung von 5G deutlich geworden. Dabei wird längst um die technologische Vorherrschaft für zukünftige „6G & Beyond“-Standards gerungen. Fragestellungen wie Inter-Rack und Inter-Chip Kommunikation, die sichere kabellose Vernetzung von IT-Infrastruktur, zukünftige Ultra-Breitband-Kommunikation zur Steuerung und Überwachung von Produktionsprozessen und Intralogistik-Anwendungen sowie Mensch-Maschine-Interaktionen stehen dabei im Fokus der Forschungsarbeiten, die stark auf den 6GEM-Arbeiten aufbauen.

terahertz.NRW wird die zahlreichen Forschungsaktivitäten der beteiligten Netzwerkpartner in den BMBF 6G Forschungshub 6GEM sowie weiteren Projekten synergetisch bündeln und gezielt ausbauen.

Die gemeinsame Vision von terahertz.NRW für den Bereich der Kommunikation und Lokalisierung ist die Erforschung von Technologien und Architekturen zur Vernetzung einer Vielzahl mobiler THz-Sensoren für medizintechnische Anwendungen und das Umwelt­Monitoring. Für die Kommunikation und Lokalisierung sollen hierbei verfügbare Frequenzbänder im THz-Bereich mit hoher Bandbreite genutzt werden [JIM/2019]. Einen Fokus bilden THz-Technologien und -Architekturen, die für Joint Communication and Sensing (JCS) Zwecke, also sowohl zur Kommunikation als auch zur Erfassung von Sensordaten geeignet sind [THO/2021]. Dies ermöglicht neben höchsten Datenraten weitere herausragende Merkmale wie eine feinere Entfernungs-/Winkelauflösung, hochauflösende Bilder, Lokalisierung im cm/mm-Bereich und geringe Latenzzeiten für die Kommunikation in 6G-Drahtlosnetzwerken. Jedoch ergeben sich aufgrund der kürzeren Wellenlängen und dichten Antennenplatzierung neue Herausforderungen, da sich Hardwareverzerrungen wie Phasenfehler und gegenseitige Kopplung im Vergleich zu niedrigeren Frequenzen deutlich stärker auf die Systemperformanz auswirken. Daher werden in terahertz.NRW Ansätze zur Kompensation von Verzerrungen in kompakten Array-Geräten und Methoden für einen möglichst energieeffizienten Betrieb sowie spektral effiziente Modulationstechniken untersucht. Neben dem Einsatz von wichtigen Hardwarekomponenten wie intelligenten Meta-Oberflächen sind zur Unterstützung auch Techniken des maschinellen Lernens sinnvoll. In diesem Zusammenhang ist eine effiziente und schnelle Datenerfassung und -verarbeitung erforderlich, die mit Ansätzen zu echtzeitfähigem Compressive Sensing und anderen fortschrittlichen Signalverarbeitungsmethoden umgesetzt werden. Hierzu zählt auch die echtzeitfähige Kompensation nichtlinearer und linearer Verzerrungen. Durch die Verfügbarkeit hoher Bandbreiten und fortschrittlicher Techniken zur gemeinsamen Nutzung des Frequenzspektrums können 6G-Drahtlosnetzwerke zudem eine große Anzahl von Endgeräten gleichzeitig bedienen. Das Netzwerk forscht hierzu an neuartigen Ansätzen zum Kanalaufbau in Access Points mit direktiven THz-Antennen, Zugriffsverfahren sowie inkludierten Radarsystemen zur Lokalisierung und (Selbst-)Synchronisierung einer Vielzahl von Sensoren und anderen Endgeräten. Die zunehmende Nutzung der THz-Frequenzbänder für die Kommunikations- und Sensordatenerfassung erhöht natürlich die Wahrscheinlichkeit von Angriffen und anderen nicht gewünschten Aktivitäten wie Abhören und absichtlichen Störungseinflüssen. Zu diesem Zweck sind robuste, effiziente und starke Sicherheitsmethoden für Kommunikations- und Lokalisierungsanwendungen in 6G & Beyond-Netzwerken zu berücksichtigen.