Módulo transmissor de banda E GaN para comunicações móveis 6G

Até 2030, espera-se que as comunicações móveis 6G abram caminho para aplicações inovadoras, como inteligência artificial, realidade virtual e Internet das Coisas.Isso exigirá desempenho superior ao atual padrão móvel 5G usando novas soluções de hardware.Como tal, no EuMW 2022, o Fraunhofer IAF apresentará um módulo transmissor GaN com eficiência energética desenvolvido em conjunto com o Fraunhofer HHI para a faixa de frequência 6G correspondente acima de 70 GHz.O alto desempenho deste módulo foi confirmado pelo Fraunhofer HHI.
Veículos autônomos, telemedicina, fábricas automatizadas – todas essas aplicações futuras em transporte, saúde e indústria dependem de tecnologias de informação e comunicação que vão além das capacidades do atual padrão de comunicações móveis de quinta geração (5G).O lançamento esperado das comunicações móveis 6G em 2030 promete fornecer as redes de alta velocidade necessárias para os volumes de dados necessários no futuro, com taxas de dados superiores a 1 Tbps e latência de até 100 µs.
Desde 2019 como um projeto KONFEKT (“Componentes de Comunicação 6G”).
Os pesquisadores desenvolveram módulos de transmissão baseados no semicondutor de potência de nitreto de gálio (GaN), que pela primeira vez pode usar a faixa de frequência de aproximadamente 80 GHz (banda E) e 140 GHz (banda D).O inovador módulo transmissor de banda E, cujo alto desempenho foi testado com sucesso pelo Fraunhofer HHI, será apresentado ao público especializado na European Microwave Week (EuMW) em Milão, Itália, de 25 a 30 de setembro de 2022.
“Devido às altas demandas de desempenho e eficiência, o 6G requer novos tipos de equipamentos”, explica o Dr. Michael Mikulla da Fraunhofer IAF, que coordena o projeto KONFEKT.“Os componentes de última geração de hoje estão atingindo seus limites.Isso se aplica principalmente à tecnologia de semicondutores subjacente, bem como à tecnologia de montagem e antena.Para obter os melhores resultados em termos de potência de saída, largura de banda e eficiência de energia, usamos Circuitos de Microondas de Microondas (MMIC) de integração monolítica baseados em GaN de nosso módulo substitui os circuitos de silício usados ​​atualmente. , fornecendo perdas significativamente menores e componentes mais compactos. Além disso, estamos nos afastando dos pacotes de montagem em superfície e design planar para desenvolver arquiteturas de formação de feixe de baixa perda com guias de onda e circuitos paralelos integrados.”
O Fraunhofer HHI também está ativamente envolvido na avaliação de guias de onda impressos em 3D.Vários componentes foram projetados, fabricados e caracterizados usando o processo de fusão seletiva a laser (SLM), incluindo divisores de potência, antenas e alimentadores de antena.O processo também permite a produção rápida e econômica de componentes que não podem ser fabricados por métodos tradicionais, abrindo caminho para o desenvolvimento da tecnologia 6G.
“Através dessas inovações tecnológicas, os Institutos Fraunhofer IAF e HHI permitem que a Alemanha e a Europa dêem um passo importante em direção ao futuro das comunicações móveis, ao mesmo tempo em que dão uma importante contribuição à soberania tecnológica nacional”, disse Mikula.
O módulo de banda E fornece 1 W de potência de saída linear de 81 GHz a 86 GHz, combinando a potência de transmissão de quatro módulos separados com um conjunto de guia de onda de perda extremamente baixa.Isso o torna adequado para links de dados ponto a ponto de banda larga em longas distâncias, um recurso essencial para futuras arquiteturas 6G.
Vários experimentos de transmissão da Fraunhofer HHI demonstraram o desempenho dos componentes desenvolvidos em conjunto: em vários cenários externos, os sinais estão em conformidade com a especificação de desenvolvimento 5G atual (5G-NR Release 16 do padrão 3GPP GSM).Em 85 GHz, a largura de banda é de 400 MHz.
Com linha de visada, os dados são transmitidos com sucesso até 600 metros em modulação de amplitude em quadratura de 64 símbolos (64-QAM), proporcionando alta eficiência de largura de banda de 6 bps/Hz.A magnitude do vetor de erro do sinal recebido (EVM) é -24,43 dB, bem abaixo do limite 3GPP de -20,92 dB.Como a linha de visão é bloqueada por árvores e veículos estacionados, os dados modulados 16QAM podem ser transmitidos com sucesso até 150 metros.Os dados de modulação em quadratura (chaveamento de mudança de fase em quadratura, QPSK) ainda podem ser transmitidos e recebidos com sucesso a uma eficiência de 2 bps/Hz, mesmo quando a linha de visão entre o transmissor e o receptor está completamente bloqueada.Em todos os cenários, uma alta relação sinal-ruído, às vezes superior a 20 dB, é essencial, especialmente considerando a faixa de frequência, e só pode ser alcançada aumentando o desempenho dos componentes.
Na segunda abordagem, um módulo transmissor foi desenvolvido para uma faixa de frequência em torno de 140 GHz, combinando uma potência de saída superior a 100 mW com uma largura de banda máxima de 20 GHz.O teste deste módulo ainda está por vir.Ambos os módulos transmissores são componentes ideais para desenvolver e testar futuros sistemas 6G na faixa de frequência terahertz.
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