Entro il 2030, le comunicazioni mobili 6G dovrebbero aprire la strada ad applicazioni innovative come l'intelligenza artificiale, la realtà virtuale e l'Internet delle cose.Ciò richiederà prestazioni più elevate rispetto all'attuale standard mobile 5G utilizzando nuove soluzioni hardware.Pertanto, all'EuMW 2022, Fraunhofer IAF presenterà un modulo trasmettitore GaN ad alta efficienza energetica sviluppato congiuntamente con Fraunhofer HHI per la corrispondente gamma di frequenze 6G sopra i 70 GHz.Le elevate prestazioni di questo modulo sono state confermate da Fraunhofer HHI.
Veicoli autonomi, telemedicina, fabbriche automatizzate: tutte queste future applicazioni nei trasporti, nella sanità e nell'industria si basano su tecnologie dell'informazione e della comunicazione che vanno oltre le capacità dell'attuale standard di comunicazione mobile di quinta generazione (5G).Il previsto lancio delle comunicazioni mobili 6G nel 2030 promette di fornire le reti ad alta velocità necessarie per i volumi di dati necessari in futuro, con velocità di trasmissione dati superiori a 1 Tbps e latenza fino a 100 µs.
Dal 2019 come progetto KONFEKT ("6G Communication Components").
I ricercatori hanno sviluppato moduli di trasmissione basati su semiconduttori di potenza al nitruro di gallio (GaN), che per la prima volta possono utilizzare la gamma di frequenza di circa 80 GHz (banda E) e 140 GHz (banda D).L'innovativo modulo trasmettitore in banda E, le cui elevate prestazioni sono state testate con successo dal Fraunhofer HHI, sarà presentato al pubblico di esperti alla European Microwave Week (EuMW) a Milano, Italia, dal 25 al 30 settembre 2022.
"A causa delle elevate esigenze in termini di prestazioni ed efficienza, il 6G richiede nuovi tipi di apparecchiature", spiega il dott. Michael Mikulla del Fraunhofer IAF, che coordina il progetto KONFEKT.“I componenti all'avanguardia di oggi stanno raggiungendo i loro limiti.Ciò vale in particolare per la sottostante tecnologia dei semiconduttori, nonché per la tecnologia di assemblaggio e antenna.Per ottenere i migliori risultati in termini di potenza di uscita, larghezza di banda ed efficienza energetica, utilizziamo l'integrazione monolitica basata su GaN Circuiti a microonde a microonde (MMIC) del nostro modulo sostituisce i circuiti di silicio attualmente utilizzati. Come semiconduttore ad ampia banda proibita, GaN può funzionare a tensioni più elevate , fornendo perdite significativamente inferiori e componenti più compatti. Inoltre, ci stiamo allontanando dal montaggio superficiale e dai pacchetti di progettazione planare per lo sviluppo di architetture di beamforming a bassa perdita con guide d'onda e circuiti paralleli integrati.
Fraunhofer HHI è anche attivamente coinvolto nella valutazione delle guide d'onda stampate in 3D.Diversi componenti sono stati progettati, fabbricati e caratterizzati utilizzando il processo di fusione laser selettiva (SLM), inclusi divisori di potenza, antenne e alimentazioni di antenne.Il processo consente inoltre la produzione rapida ed economica di componenti che non possono essere fabbricati con metodi tradizionali, aprendo la strada allo sviluppo della tecnologia 6G.
"Attraverso queste innovazioni tecnologiche, i Fraunhofer Institutes IAF e HHI consentono alla Germania e all'Europa di fare un passo importante verso il futuro delle comunicazioni mobili, dando allo stesso tempo un importante contributo alla sovranità tecnologica nazionale", ha affermato Mikula.
Il modulo in banda E fornisce 1 W di potenza di uscita lineare da 81 GHz a 86 GHz combinando la potenza di trasmissione di quattro moduli separati con un gruppo guida d'onda a bassissima perdita.Questo lo rende adatto per collegamenti dati point-to-point a banda larga su lunghe distanze, una capacità chiave per le future architetture 6G.
Vari esperimenti di trasmissione di Fraunhofer HHI hanno dimostrato le prestazioni dei componenti sviluppati congiuntamente: in vari scenari esterni, i segnali sono conformi all'attuale specifica di sviluppo 5G (5G-NR Release 16 dello standard 3GPP GSM).A 85 GHz, la larghezza di banda è di 400 MHz.
Con la linea di vista, i dati vengono trasmessi con successo fino a 600 metri in Modulazione di ampiezza in quadratura a 64 simboli (64-QAM), fornendo un'elevata efficienza di larghezza di banda di 6 bps/Hz.La grandezza del vettore di errore (EVM) del segnale ricevuto è di -24,43 dB, ben al di sotto del limite 3GPP di -20,92 dB.Poiché la linea di vista è bloccata da alberi e veicoli parcheggiati, i dati modulati 16QAM possono essere trasmessi con successo fino a 150 metri.I dati di modulazione in quadratura (quadrature phase shift keying, QPSK) possono ancora essere trasmessi e ricevuti con successo con un'efficienza di 2 bps/Hz anche quando la linea di vista tra trasmettitore e ricevitore è completamente bloccata.In tutti gli scenari, un elevato rapporto segnale/rumore, a volte superiore a 20 dB, è essenziale, soprattutto considerando la gamma di frequenze, e può essere raggiunto solo aumentando le prestazioni dei componenti.
Nel secondo approccio, è stato sviluppato un modulo trasmettitore per una gamma di frequenze intorno a 140 GHz, combinando una potenza di uscita di oltre 100 mW con una larghezza di banda massima di 20 GHz.Il test di questo modulo è ancora in corso.Entrambi i moduli trasmettitore sono componenti ideali per sviluppare e testare i futuri sistemi 6G nella gamma di frequenze terahertz.
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Tempo di pubblicazione: 18 ottobre 2022
