Rekonfigurierbare Metaoberflächen-Technologie für 6G-Mobilfunk
Der zukünftige 6G-Mobilfunk wird Frequenzen ab 10 GHz nutzen, wodurch größere Bandbreiten und höhere Datenraten als beim bisherigen Mobilfunk möglich werden. Allerdings ist dafür eine direkte Sichtverbindung zwischen Basisstation und Endgerät notwendig, da sich die Funkwellen in diesem Frequenzbereich quasioptisch ausbreiten. Insbesondere in urbanen und industriellen Netzwerkumgebungen kommt es hierdurch aufgrund der dichten Bebauung zu großen Abschattungsbereichen mit schlechtem Empfang. Um dies zu vermeiden, werden aktuell Repeater verwendet, die die Signale empfangen, aufbereiten und verstärken, um sie anschließend erneut auszusenden. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig und teuer. Ein besserer Ansatz wäre die Verwendung einer Art intelligenter Spiegel für Funkwellen, dessen Oberfläche jederzeit entsprechend der geforderten Reflexionsrichtung angepasst – d. h. rekonfiguriert – werden kann.
Ziel des Projekts „Rekonfigurierbare Metaoberflächen-Technologie für 6G-Mobilfunk (ReMo-Te)“ ist es, eine intelligente rekonfigurierbare Oberfläche zu realisieren, deren Reflexionsverhalten für Funkwellen im 6G-Mobilfunk dynamisch an die nötigen Anforderungen angepasst werden kann. Dazu sollen Oberflächen aus Metamaterialien (Metaoberflächen) verwendet wer-den. Metamaterialien sind synthetisch hergestellt und beeinflussen Wellen anders als natürliche Materialien. Sie bestehen aus periodisch angeordneten Einheitszellen, die die elektrischen und magnetischen Eigenschaften einer eintreffenden Funkwelle derart verändern, dass damit ein bestimmtes Reflexionsverhalten erzielt werden kann. Durch den Einsatz von abstimmbaren Elementen innerhalb der Einheitszellen wird die Metaoberfläche rekonfigurierbar und intelligent, sodass das Reflexionsverhalten entsprechend den Anforderungen dynamisch festgelegt werden kann. Nachdem Frequenzbänder, Schwenkbereich, Effizienz und Leistungsfähigkeit definiert sind, wird ein detailliertes 3D-Simulationsmodel einer Einheitszelle erarbeitet und eine Ansteuerung für die Rekonfigurierbarkeit entwickelt. Darauf basierend erfolgt die Entwicklung und Optimierung der gesamten Metaoberfläche. Am Ende des Projekts steht ein voll funktionsfähiger Demonstrator zur Verfügung, der sich an realen 6G-Anforderungen orientiert.
Die erforschten Lösungen haben hohes Innovationspotenzial für den künftigen 6G-Mobilfunkstandard. Die erarbeitete Architektur wird leistungsfähiger, energieeffizienter und kostengünstiger als klassische Repeater sein und dient damit als Technologiebasis für die Realisierung von industriellen Ausleuchtungslösungen für den 6G-Mobilfunk. Vorteilhaft ist zudem, dass derartige Metaoberflächen ästhetisch in vorhandene Gebäudefassaden integriert werden können und trotzdem fast jede beliebige Kombination aus Einfalls- und Ausfallswinkel erzielen können.
Mit den Projektergebnissen etablieren die Projektpartner einen Vorsprung im Bereich innovati-ver Mobilfunktechnologien gegenüber nicht-europäischen Wettbewerbern und tragen damit zur digitalen Souveränität Deutschlands und Europas im Bereich des künftigen 6G-Mobilfunkstandards bei.