Новая совместная разработка двух исследовательских центров Германии – Института прикладной физики твердого тела Фраунгофера (Fraunhofer IAF) во Фрайбурге и Института телекоммуникаций им. Генриха Герца (Fraunhofer HHI) в Берлине – энергоэффективный модуль передатчика на основе GaN для соответствующих будущим стандартам 6G диапазонов частот выше 70 ГГц. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Беспилотные автомобили, телемедицина, автоматизированные заводы – перспективные будущие применения, подобные этим, зависят от информационных и коммуникационных технологий, которые превосходят возможности текущего стандарта мобильной связи пятого поколения (5G). Мобильная связь 6G, которая, как ожидается, будет активно вводится к 2030 году, обещает необходимую высокоскоростную сеть для объемов данных, необходимых в будущем, со скоростью передачи данных, превышающей 1 Тбит/с, и задержкой до 100 мкс.
В Германии исследователи двух институтов Общества Фраунгофера (IAF и HHI) разработали передающие модули на основе инновационного на сегодня полупроводника нитрида галлия (GaN), с помощью которых стали доступны для задействования частотные диапазоны около 80 ГГц (по несколько своеобразной классификации ЕС для СВЧ – диапазон E) и 140 ГГц (диапазон D).
Этот модуль с его высокими характеристиками, который уже был успешно протестирован Fraunhofer HHI, представлен экспертам и широкой публике на Европейской неделе микроволнового излучения (EuMW) в Милане (Италия), проходящей с 25 по 30 сентября.
«6G требует новых типов оборудования из-за высоких требований к производительности и эффективности. В частности, это касается как базовой полупроводниковой технологии, так и применения микроволновых схем (MMIC) для нашего модуля вместо кремниевых схем, используемых в настоящее время», пояснил д-р Михаэль Микулла из Fraunhofer IAF, координирующий проект KONFEKT.
По его словам, как широкозонный полупроводник, GaN может работать с более высокими напряжениями и в то же время обеспечивает значительно меньшие потери и более компактные компоненты. Но помимо этого, технология сборки исключает поверхностный монтаж и плоские корпусные конструкции для разработки архитектуры формирования луча с меньшими потерями с волноводами и встроенной параллельной схемой.
Fraunhofer HHI также активно участвует в разработке волноводов, напечатанных на 3D-принтере. Несколько компонентов, в том числе делители мощности, антенны и антенные фидеры, были спроектированы, изготовлены и охарактеризованы с использованием процесса селективного лазерного плавления (SLM). Этот процесс также позволяет быстро и экономично производить компоненты, которые невозможно изготовить традиционными методами, открывая путь для развития технологии 6G.
Представленный новый модуль E-диапазона обеспечивает линейную выходную мощность 1 Вт в диапазоне частот от 81 ГГц до 86 ГГц за счет объединения мощности передачи четырех отдельных модулей с волноводными компонентами с чрезвычайно малыми потерями. Это делает его пригодным для широкополосных каналов передачи данных «точка-точка» на большие расстояния, что является ключевой возможностью для будущих архитектур 6G.
Различные тесты по передаче данных, проведенные Fraunhofer HHI, уже продемонстрировали производительность инновационных компонентов: в различных сценариях вне помещения сигналы, соответствующие текущим спецификациям разработки 5G (выпуск 16 5G-NR глобальной мобильной связи 3GPP), передавались со скоростью 85 ГГц с полосой пропускания 400 МГц.
При прямой видимости данные успешно передавались на расстояние 600 метров в 64-символьной квадратурной амплитудной модуляции (64-QAM), обеспечивая высокую эффективность полосы пропускания 6 бит/с/Гц. Величина вектора ошибки (EVM) принятого сигнала составила -24,43 дБ, что значительно ниже предела 3GPP в -20,92 дБ.
В условиях прямой видимости, ограниченной деревьями и припаркованными транспортными средствами, модулированные данные 16QAM могут быть успешно переданы на расстояние до 150 метров. Даже при полностью перекрытой прямой видимости между передатчиком и приемником по-прежнему можно было передавать и успешно принимать данные с четырехфазной модуляцией (кватернальная фазовая манипуляция, QPSK) с эффективностью 2 бит/с/Гц.
Высокое отношение сигнал/шум, иногда превышающее 20 дБ во всех сценариях, оценено как особое достижение, особенно с учетом частотного диапазона, и стало возможным только благодаря высокой производительности разработанных компонентов.
В рамках второго подхода был разработан модуль передатчика для диапазона частот около 140 ГГц, сочетающий выходную мощность более 100 мВт с максимальной полосой пропускания 20 ГГц. Тесты с этим модулем все еще ожидаются. Оба модуля передатчика, по словам германских разработчиков, являются оптимальными компонентами также для разработки и тестирования будущих систем 6G в терагерцовом диапазоне частот.