[datensicherheit.de, 16.07.2019] Drahtlose Datennetze der Zukunft müssen höhere Übertragungsraten und kürzere Verzögerungszeiten ermöglichen und dabei immer mehr Endgeräte versorgen. Dies erfordert Netzwerkstrukturen aus vielen kleinen Mobilfunkzellen. Zur Anbindung dieser Zellen bedarf es leistungsfähiger Übertragungsstrecken bei hohen Frequenzen bis in den Terahertz-Bereich. Außerdem gilt es, die Übertragungsstrecken möglichst nahtlos mit Glasfasernetzen zu verbinden. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) setzen ultraschnelle elektro-optische Modulatoren ein, um Datensignale von der Terahertz-Übertragung zur optischen Übertragung zu konvertieren. Sie berichten in der Zeitschrift Nature Photonics (DOI: 10.1038/s41566-019-0475-6)

„6G“ soll noch deutlich höhere Übertragungsraten und kürzere Verzögerungszeiten ermöglichen

Während derzeit der neue Mobilfunkstandard 5G noch getestet wird, arbeiten Forscher bereits an Technologien für die nächste Generation der drahtlosen Datenübertragung. „6G“ soll noch deutlich höhere Übertragungsraten, kürzere Verzögerungszeiten, eine größere Gerätedichte sowie die Integration Künstlicher Intelligenz ermöglichen. Auf dem Weg zur sechsten Mobilfunkgeneration sind viele Herausforderungen zu meistern, was sowohl die einzelnen Komponenten als auch ihr Zusammenwirken betrifft. So werden die drahtlosen Netze der Zukunft aus einer Vielzahl kleiner Mobilfunkzellen bestehen, innerhalb derer hohe Datenmengen schnell und energieeffizient übertragen werden können. Zur Vernetzung dieser Zellen werden Funkstrecken benötigt, mit denen sich Dutzende oder gar Hunderte von Gigabit pro Sekunde auf einem Kanal übertragen lassen. Dazu bieten sich Frequenzen im Terahertz-Bereich an, die im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und der Infrarotstrahlung liegen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, drahtlose Übertragungsstrecken nahtlos mit Glasfasernetzen zu verbinden, um die Vorteile beider Technologien zu vereinen – hohe Kapazität und Zuverlässigkeit mit Mobilität und Flexibilität.

Datenraten von mehreren Hundert Gigabit pro Sekunde vorstellbar

Einen vielversprechenden Ansatz zur Konversion der Datenströme von der Terahertz-Übertragung zur optischen Übertragung haben Wissenschaftler an den Instituten für Photonik und Quantenelektronik (IPQ), Mikrostrukturtechnik (IMT) sowie Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) des KIT und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg entwickelt: Sie verwenden ultraschnelle elektro-optische Modulatoren, um ein Terahertz-Datensignal direkt in ein optisches Signal umzuwandeln und damit die Empfängerantenne direkt an eine Glasfaser anzukoppeln. Die Wissenschaftler nutzen in ihrem Experiment eine Trägerfrequenz von circa 0,29 THz und erreichen eine Übertragungsrate von 50 Gbit/s. „Der Modulator beruht auf einer plasmonischen Nanostruktur und hat eine Bandbreite von mehr als 0,36 Terahertz“, erklärt Professor Christian Koos, Leiter des IPQ und Mitglied der kollegialen Leitung des IMT. „Die Ergebnisse zeigen das enorme Potenzial nanophotonischer Bauteile für die ultraschnelle Signalverarbeitung.“ Das von den Forschern demonstrierte Konzept kann die technische Komplexität von zukünftigen Mobilfunk-Basisstationen drastisch reduzieren und Terahertz-Verbindungen mit enorm hohen Datenraten ermöglichen – vorstellbar sind mehrere Hundert Gigabit pro Sekunde.

Grafik: IPQ/KIT

Die nahtlose Verbindung drahtloser Übertragungsstrecken mit Glasfasernetzen ermöglicht hochleistungsfähige Datennetze

Die nahtlose Verbindung drahtloser Übertragungsstrecken mit Glasfasernetzen ist der Schlüssel zu leistungsfähigen Datennetzen: Zukünftige Mobilfunknetze bestehen aus vielen kleinen Funkzellen, die sich über leistungsfähige THz-Übertragungsstrecken flexibel anbinden lassen. Am Empfänger lassen sich die THz-Signale mithilfe ultraschneller plasmonischer Modulatoren direkt in optische Signale konvertieren und über Glasfasernetze übertragen.

Weitere Informationen zum Thema:

S. Ummethala, T. Harter, K. Koehnle, Z. Li, S. Muehlbrandt, Y. Kutuvantavida, J. Kemal, J. Schaefer, A. Tessmann, S. K. Garlapati, A. Bacher, L. Hahn, M. Walther, T. Zwick, S. Randel, W. Freude, C. Koos: THz-to-Optical Conversion in Wireless Communications Using an Ultra-Broadband Plasmonic Modulator. Nature Photonics, 2019. DOI: 10.1038/s41566-019-0475-6

Abstract unter https://www.nature.com/articles/s41566-019-0475-6
Artikel im Volltext (view only): https://rdcu.be/bKsfe

datensicherheit.de, 24.06.2019]
Bitkom: Forderung nach Höchstmaß an Sicherheit für 5G-Netze

datensicherheit.de, 09.04.2019
5G-Netzausrüster: Europäische Lösung für Sicherheitsanforderungen gefordert

datensicherheit.de, 07.03.2019
Eckpunkte für Sicherheitsanforderungen von TK-Netzen veröffentlicht

datensicherheit.de, 23.02.2019
Sicherheit in 5G-Netzen

datensicherheit.de, 13.03.2016
F5 Networks warnt vor Sicherheitsrisiken beim neuen 5G-Standard

[datensicherheit.de, 29.09.2014] Das Bechtle IT-Systemhaus Karlsruhe und die SolidLine AG, ein Unternehmen der Bechtle Gruppe, haben ein „Industrie 4.0 Collaboration Lab“ gegründet. Wissenschaftspartner sind das Lifecycle Engineering Solutions Center (LESC) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Forschungszentrum Informatik (FZI). Unter dem Motto „Mittelstand trifft Forschung“ stellen die Partner mittelständischen Unternehmen in den Räumen des LESC eine nahtlose IT-Infrastruktur zur Erprobung von Technologien und Prozessen im Zeichen von Industrie 4.0 bereit.

Industrie 4.0 steht für die Verschmelzung von physischen Produkten, Maschinen oder Anlagen mit virtuellen, aus riesigen Datenmengen errichteten Welten. Durch die nahtlose Vernetzung und Kommunikation im Internet entstehen Geschäftspotenziale, die für kleine und mittlere Unternehmen jedoch noch wenig greifbar sind. „Mittelständler wollen vornehmlich vorhandene Infrastrukturen weiter nutzen und schrittweise verbessern, indem sie Prozesse automatisieren, Kapazitäten erhöhen, Energie sparen und Kosten senken. Für die Unternehmen zählt eine klare Antwort auf die Frage: Wie generieren wir durch Industrie 4.0 Lösungen und messbare Mehrwerte für das Geschäft?“, erklärt Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h.c. Jivka Ovtcharova, Leiterin des Instituts für Informationsmanagement im Ingenieurwesen (IMI) am KIT, Leiterin des LESC sowie Direktorin am Forschungszentrum Informatik.

© Bechtle

Eröffneten gemeinsam das neue Industrie 4.0 Collaboration Lab (v.l.n.r): Jeroen Buring – Strategic Account Manager Euro Central, SOLIDWORKS, Michael Grethler – Leiter Geschäftsbereich PDM/PLM, SolidLine AG, Prof. Jivka Ovtcharova – Karlsruher Institut für Technologie und Forschungszentrum Informatik, Richard Einstmann – Geschäftsführer Bechtle IT-Systemhaus Karlsruhe.

Mit dem am 24. September eröffneten Industrie 4.0 Collaboration Lab wollen die Kooperationspartner praxisnahe Antworten auf diese Frage geben. Im Lifecycle Engineering Solutions Center des KIT stehen maßgeschneiderte 3D-Entwicklungs- und Testumgebungen zur Verfügung, in denen Unternehmen anhand eigener Datensätze zukünftige Produkte und Dienstleistungen frühzeitig erproben können. Ziel: Der Mittelstand soll sich schnell und ohne hohe Investitionskosten fit für den Umgang mit modernen Technologien machen können. Neben der flexiblen Nutzung einer integrierten IT-Infrastruktur umfasst das Angebot auch die Möglichkeit der Aus- und Weiterbildung von Mitarbeitern.

„Eine wichtige Zielgruppe des Lab sind zudem die Ingenieure von morgen. So verfügt jetzt jeder unserer rund 4.000 Maschinenbaustudenten ab dem ersten Semester über eine SOLIDWORKS CAD-Lizenz. Darüber hinaus nutzen die Maschinenbau- wie auch die Masterstudenten benachbarter Disziplinen wie Elektrotechnik, Informatik oder Mechatronik ein erweitertes Spektrum an SOLIDWORKS-Anwendungen“, sagt Prof. Jivka Ovtcharova. Mit der neuesten Produktentwicklungssoftware können Ingenieure bereits während des Studiums Anwendungserfahrung und nachweisbare Kompetenzen im Bereich des softwaregestützten Produktlebenszyklusmanagements (PLM) sammeln.

„SOLIDWORKS bildet die optimale Basis für eine praxisorientierte Ausbildung wie auch für die Zusammenarbeit zwischen unseren Kunden und den Forschungseinrichtungen“, sagt Michael Grethler, Leiter Geschäftsbereich PDM/PLM bei der SolidLine AG. „Wir sind glücklich, mit dem Lab einen Ort zu etablieren, an dem Zukunftsthemen in die unternehmerische Realität getragen werden. Ich bin mir sicher, dass der Austausch zwischen Forschung und Praxis beide Seiten bereichern und zu neuen Impulsen führen wird“, erklärt Richard Einstmann, Geschäftsführer des Bechtle IT-Systemhauses Karlsruhe.

Weitere Informationen zum Thema:

Bechtle AG
Bechtle Karlsruhe und SolidLine eröffnen Industrie 4.0 Collaboration Lab am KIT

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Virtual Engineering: Zukunftsfähigkeit für Industrie 4.0

[datensicherheit.de, 03.10.2013] Für blinde und sehbehinderte Menschen ist die Bewegung an fremden Orten ein großes Problem. Dabei ist der Blindenstock bis heute das gängigste Werkzeug zur Orientierung. Das Projekt „A Mobility and Navigational Aid for Visually Impaired Persons“ soll nun sehgeschädigten Menschen durch computerunterstütztes Sehen
helfen, neue Umgebungen zu erkunden.
Für die Entwicklung dieses Systems erhält die Forschungsgruppe von Professor Rainer Stiefelhagen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) den mit 83.000 US-Dollar dotierten „Google Faculty Research Award“. Das System soll mit einer Kamera und einem mobilen Computer oder einem Smartphone Hindernisse erkennen, in Echtzeit auswerten und dem Benutzer übermitteln. Dabei soll die Kamera nicht nur die Hindernisse identifizieren, sondern beispielsweise auch Ampelzeichen erfassen oder den Weg zum Eingang eines Gebäudes ermitteln können. Der mobile Computer soll diese Informationen dann mit Hilfe akustischer und haptischer Signale, wie Sprache, Warntönen oder Vibration, übermitteln. Ziel ist es, diese Technik später über eine Software-Lösung für Smartphones zu verwirklichen, da diese weit verbreitet und für blinde Nutzer gut bedienbar sind. So beinhalten gängige Betriebssysteme für Smartphones bereits Vorlesesoftware, mit deren Hilfe der Bildschirminhalt via Sprachausgabe vorgelesen werden kann und die Bedienung des Touchscreens mittels spezieller Gesten für blinde Benutzer möglich wird. Zudem verfügen die Geräte über immer höhere Rechenleistung.

Foto: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Projekt „A Mobility and Navigational Aid for Visually Impaired Persons“ am KIT

Mittelfristig sollen erste Prototypen entstehen, die sehgeschädigte Personen zunächst auf dem Campus des KIT testen werden, bevor das System auf weitere Orte ausgeweitet wird. Möglich macht dies eine enge Kooperation mit dem Studienzentrum für Sehgeschädigte (SZS) am KIT, das sehgeschädigte Studenten am KIT während ihres Studiums unterstützt und an neuen technischen Lösungen zur Unterstützung blinder und sehbehinderter Menschen forscht. Ihr System solle sich schon in der Entwicklungsphase an die konkreten Bedürfnisse der späteren Benutzer anpassen, erklärt Professor Stiefelhagen, Inhaber des Lehrstuhls „Informatiksysteme für sehgeschädigte Studierende“, der sowohl Leiter des Studienzentrums für Sehgeschädigte als auch einer Forschungsgruppe zum Thema „Computer Vision for Human-Computer Interaction“ ist.
Der „Google Faculty Research Award“ wird weltweit an ausgewählte universitäre Forschungsprojekte aus der Informatik, den Ingenieurwissenschaften und verwandten Bereichen vergeben und soll die universitäre Forschung sowie den Austausch mit den Universitäten unterstützen. Der Preis ist mit 83.000 US-Dollar dotiert und fördert einen Nachwuchswissenschaftler des Förderprojekts über ein Jahr.