Verwacht wordt dat mobiele 6G-communicatie tegen 2030 de weg vrijmaakt voor innovatieve toepassingen zoals kunstmatige intelligentie, virtual reality en internet of things. Dit vereist een veel hogere prestatiecapaciteit dan die van de huidige 5G-mobiele standaard, waarbij nieuwe hardware-oplossingen nodig zijn. Op EuMW 2022 zal Fraunhofer IAF daarom een ​​energie-efficiënte op GaN gebaseerde zendmodule presenteren voor de 6G-relevante frequentiebereiken boven 70 GHz, die samen met Fraunhofer HHI is ontwikkeld. De hoge prestaties van de module zijn al aangetoond bij Fraunhofer HHI.

Zelfrijdende auto's, telegeneeskunde, geautomatiseerde fabrieken - veelbelovende toekomstige toepassingen zoals deze in transport, gezondheidszorg en industrie zijn afhankelijk van informatie- en communicatietechnologie die het prestatiebereik van de huidige vijfde generatie mobiele communicatiestandaard (5G) overtreft. 6G mobiele communicatie, die naar verwachting in 2030 zal worden geïntroduceerd, belooft de noodzakelijke hogesnelheidsnetwerken voor datavolumes die in de toekomst nodig zijn, met datasnelheden van meer dan 1 Tbit/s en latenties tot 100 µs.

Het Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF en het Fraunhofer Institute for Telecommunications, Heinrich Hertz Institute, HHI werken sinds 2019 aan de nieuwe hoogfrequente componenten die nodig zijn voor 6G mobiele communicatie als onderdeel van het KONFEKT-project ("Components for 6G Communications ").

De onderzoekers hebben zendmodules ontwikkeld op basis van de vermogenshalfgeleider galliumnitride (GaN), waarmee met deze technologie voor het eerst de frequentiebereiken rond de 80 GHz (E-band) en 140 GHz (D-band) kunnen worden afgetapt. De innovatieve E-band-zendermodule, met zijn hoge prestaties die al met succes zijn getest door Fraunhofer HHI, zal van 25 tot 30 september 2022 aan het deskundige publiek worden gepresenteerd tijdens de European Microwave Week (EuMW) in Milaan, Italië.

Innovatieve hardware dankzij breedband samengestelde halfgeleiders en SLM-processen

"6G vereist nieuwe soorten hardware vanwege de hoge eisen aan prestaties en efficiëntie", legt Dr. Michael Mikulla van Fraunhofer IAF uit, die het KONFEKT-project coördineert. "Componenten bij de huidige stand van de techniek bereiken hun grenzen. Dit geldt met name voor de onderliggende halfgeleidertechnologie en de assemblage- en antennetechnologie. Om betere resultaten te behalen in uitgangsvermogen, bandbreedte en energie-efficiëntie, gebruiken we GaN-gebaseerde monolithische geïntegreerde microgolfcircuits (MMIC's) voor onze module in plaats van de siliciumcircuits die momenteel in gebruik zijn.Als een wide-bandgap halfgeleider kan GaN hogere spanningen verwerken en maakt het tegelijkertijd aanzienlijk lagere verliezen en compactere componenten mogelijk.Bovendien elimineren we oppervlaktemontage en vlakke verpakkingsstructuren om een ​​bundelvormende architectuur met minder verlies te ontwerpen met golfgeleiders en inherente parallelle schakelingen."

Fraunhofer HHI is ook nauw betrokken bij de evaluatie van 3D-geprinte golfgeleiders. Verschillende componenten, waaronder vermogenssplitters, antennes en antennefeeders, zijn ontworpen, gefabriceerd en gekarakteriseerd met behulp van het selectieve lasersmeltproces (SLM). Dit proces maakt het ook mogelijk om snel en kosteneffectief componenten te produceren die niet met conventionele methoden kunnen worden geproduceerd, wat de weg vrijmaakt voor de ontwikkeling van 6G-technologie.

"Door deze technische innovaties zetten de Fraunhofer-instituten IAF en HHI Duitsland en Europa een belangrijke stap voorwaarts in de richting van de mobiele communicatie van de toekomst, terwijl ze tegelijkertijd een belangrijke bijdrage leveren aan de binnenlandse technologische soevereiniteit", zegt Mikulla.

Hoogwaardige zendermodules voor toekomstige 6G-frequentiebanden met succes gedemonstreerd

De E-band module bereikt een lineair uitgangsvermogen van 1 W in het frequentiebereik van 81 GHz tot 86 GHz door het zendvermogen van vier afzonderlijke modules te koppelen met extreem verliesarme golfgeleidercomponenten. Dit maakt het geschikt voor breedband point-to-point datalinks over lange afstanden, wat een belangrijke mogelijkheid is voor toekomstige 6G-architecturen.

Verschillende transmissie-experimenten uitgevoerd door Fraunhofer HHI hebben de prestaties van de gezamenlijk ontwikkelde componenten al aangetoond:in verschillende buitenscenario's werden signalen verzonden die overeenkwamen met de huidige ontwikkelingsspecificaties van 5G (5G-NR Release 16 van de wereldwijde standaardisatieorganisatie voor mobiele communicatie 3GPP) op 85 GHz met een bandbreedte van 400 MHz.

Met een duidelijke zichtlijn werden gegevens met succes verzonden over een afstand van 600 meter in 64-symbool kwadratuur-amplitudemodulatie (64-QAM), wat een hoge bandbreedte-efficiëntie van 6 bits/s/Hz garandeert. De Error Vector Magnitude (EVM) van het ontvangen signaal was -24,43 dB, ruim onder de 3GPP-limiet van -20,92 dB. Omdat de zichtlijn wordt belemmerd door bomen en geparkeerde voertuigen, konden 16QAM-gemoduleerde gegevens met succes worden verzonden over een afstand van 150 meter. Zelfs met een volledig geblokkeerde zichtlijn tussen zender en ontvanger, was het nog steeds mogelijk om vierfasige gemoduleerde gegevens (Quaternary Phase-Shift Keying, QPSK) te verzenden en te ontvangen met een efficiëntie van 2 bits/s/Hz. De hoge signaal-ruisverhouding van soms meer dan 20 dB in alle scenario's is opmerkelijk, vooral gezien het frequentiebereik, en wordt alleen mogelijk gemaakt door de hoge prestaties van de ontwikkelde componenten.

In een tweede benadering is een zendmodule ontwikkeld voor het frequentiebereik rond 140 GHz, waarbij een uitgangsvermogen van meer dan 100 mW wordt gecombineerd met een extreme bandbreedte van 20 GHz. Tests met deze module zijn nog in behandeling. Beide zendermodules zijn ideale componenten voor de ontwikkeling en het testen van toekomstige 6G-systemen in het terahertz-frequentiebereik. + Verder verkennen

Satelliet zendt voor het eerst testsignalen uit in de Q- en W-band