Forscher der SUNY Polytechnic konzentrieren sich auf das Terahertz-Band (THz), das eine Schlüsseltechnologie für 6G und zukünftige Kommunikationstechnologien darstellt. Ein Team unter der Leitung von Dr. Arjun Singh, Direktor des Wireless and Intelligent Next Generation Systems (WINGS) Center, Dr. Priyangshu Sen und dem studentischen Forscher Justin Osmond präsentiert in Zusammenarbeit mit Professor Arjuna Madanayake von der Florida International University seine neu entwickelte Terahertz-Testumgebung auf der 59. IEEE Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers am 28. Oktober. In ihrer Veröffentlichung „J-Band Communication Systems Considering Near-Field to Far-Field Transition—An Experimental Approach“ stellen sie eine voll funktionsfähige Hardware- und Software-Testumgebung vor, mit der das Verhalten drahtloser Signale im Terahertz-Frequenzbereich (0,1–10 THz) untersucht werden kann – einem wichtigen Zukunftsfeld für ultraschnelle Datenübertragung, sichere Kommunikation und intelligente Sensorsysteme.

Die Forschung, die sich auf eine spezielle J-Band-Testumgebung (220–330 GHz) im ACES-Labor (Advanced Communications Electronics and Sensing) der SUNY Polytechnic konzentriert, ermöglicht experimentelle Untersuchungen von Nah- und Fernfeld-Kommunikationskanälen und liefert die notwendigen Daten zur Modellierung und Verbesserung zukünftiger Terahertz-Funkverbindungen. Dr. Singh und Dr. Sen betonen, dass das Terahertz-Band das Potenzial besitzt, die Kommunikationstechnologien zu revolutionieren und beispiellose Datenraten, hochauflösende Sensorik und erhöhte Sicherheit zu ermöglichen. Seine einzigartigen Ausbreitungseigenschaften, wie beispielsweise signifikante Nahfeldeffekte und asymmetrische Uplink- und Downlink-Eigenschaften, stellen jedoch zahlreiche Herausforderungen dar, die eine Kombination aus theoretischer Modellierung und praktischen Experimenten erfordern. Dr. Singh hebt hervor: „Das Terahertz-Band stellt den nächsten großen Sprung in der Kommunikationstechnologie dar. Unsere Forschung bietet eine experimentelle Plattform zum Verständnis des Signalverhaltens bei Übergängen zwischen Nah- und Fernfeld. Dies ist entscheidend für die Entwicklung der nächsten Generation von schnellen, energieeffizienten und sicheren Funksystemen.“

Im Gegensatz zu Niederfrequenzsystemen können Terahertz-Antennen mehrere zehn Meter weit in den Nahbereich reichen und so die Signalausbreitung und ihre Wechselwirkung mit der Umgebung drastisch verändern. Traditionelle Modelle sind nicht mehr anwendbar und erfordern neue mathematische Rahmenwerke sowie experimentelle Überprüfungen. Das Forschungsteam entwickelte und verifizierte ein Pfadverlustmodell, das Nah- und Fernfeld-Ausbreitungsmechanismen gleichzeitig berücksichtigt. Mithilfe ihrer selbstentwickelten ACES-Testplattform führten sie Experimente durch, die den direkten Einfluss der Antenneneigenschaften auf die Terahertz-Kanalleistung demonstrierten. Ihre Ergebnisse zeigen, dass Terahertz-Kommunikationskanäle im Nahfeld inhärent asymmetrisch sind, wobei die Uplink- und Downlink-Kapazitäten je nach Antennenkonfiguration variieren. Diese Erkenntnis könnte erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung und Standardisierung von 6G-Netzen haben. Diese Forschung trägt zur globalen Entwicklung von Terahertz-Kommunikationsstandards und -anwendungen bei. Die nächsten Schritte des Teams umfassen die Verfeinerung der Terahertz-Testplattform, die Verbesserung der Kanalmodellierung und die Erforschung neuartiger Antennenarchitekturen.