Se espera que las comunicaciones móviles 6G allane el camino para aplicaciones innovadoras como la inteligencia artificial, la realidad virtual y el internet de las cosas para 2030. Esto requerirá una capacidad de rendimiento mucho mayor que la del estándar móvil 5G actual, lo que implica nuevas soluciones de hardware. Por lo tanto, en EuMW 2022, Fraunhofer IAF presentará un módulo transmisor basado en GaN energéticamente eficiente para los rangos de frecuencia relevantes para 6G por encima de 70 GHz, que fue desarrollado conjuntamente con Fraunhofer HHI. El alto rendimiento del módulo ya se ha demostrado en Fraunhofer HHI.

Automóviles autónomos, telemedicina, fábricas automatizadas:aplicaciones futuras prometedoras como estas en el transporte, la atención médica y la industria dependen de la tecnología de la información y las comunicaciones que supera el alcance del rendimiento del actual estándar de comunicaciones móviles de quinta generación (5G). Las comunicaciones móviles 6G, que se espera que se introduzcan en 2030, prometen las redes de alta velocidad necesarias para los volúmenes de datos requeridos en el futuro, con velocidades de datos superiores a 1 Tbit/s y latencias de hasta 100 µs.

El Instituto Fraunhofer de Física Aplicada del Estado Sólido IAF y el Instituto Fraunhofer de Telecomunicaciones, Instituto Heinrich Hertz, HHI han estado trabajando en los nuevos componentes de alta frecuencia necesarios para las comunicaciones móviles 6G desde 2019 como parte del proyecto KONFEKT ("Componentes para comunicaciones 6G ").

Los investigadores han desarrollado módulos transmisores basados ​​en el semiconductor de potencia nitruro de galio (GaN), con los que se pueden aprovechar por primera vez los rangos de frecuencia de alrededor de 80 GHz (banda E) y 140 GHz (banda D) con esta tecnología. El innovador módulo transmisor de banda E, con su alto rendimiento que ya ha sido probado con éxito por Fraunhofer HHI, se presentará al público experto en la Semana Europea de las Microondas (EuMW) en Milán, Italia, del 25 al 30 de septiembre de 2022.

Hardware innovador gracias a los semiconductores compuestos de banda ancha y los procesos SLM

"6G requiere nuevos tipos de hardware debido a las altas demandas de rendimiento y eficiencia", explica el Dr. Michael Mikulla de Fraunhofer IAF, quien coordina el proyecto KONFEKT. "Los componentes en el estado actual del arte están llegando a sus límites. Esto se aplica en particular a la tecnología de semiconductores subyacente y la tecnología de ensamblaje y antena. Para lograr mejores resultados en la potencia de salida, el ancho de banda y la eficiencia energética, utilizamos monolíticos integrados basados ​​en GaN. circuitos de microondas (MMIC) para nuestro módulo en lugar de los circuitos de silicio actualmente en uso. Como un semiconductor de banda prohibida ancha, GaN puede procesar voltajes más altos y al mismo tiempo permite una pérdida significativamente menor y componentes más compactos. Además, estamos eliminando estructuras de montaje en superficie y de empaque plano para diseñar una arquitectura de formación de haces de menor pérdida con guías de ondas y circuitos paralelos inherentes".

Fraunhofer HHI también está muy involucrado en la evaluación de guías de ondas impresas en 3D. Se han diseñado, fabricado y caracterizado varios componentes, incluidos divisores de potencia, antenas y alimentadores de antena, mediante el proceso de fusión selectiva por láser (SLM). Este proceso también hace posible la fabricación rápida y rentable de componentes que no se pueden producir con métodos convencionales, allanando el camino para el desarrollo de la tecnología 6G.

"A través de estas innovaciones técnicas, los Institutos Fraunhofer IAF y HHI están llevando a Alemania y Europa a un paso significativo hacia las comunicaciones móviles del futuro, al mismo tiempo que hacen una importante contribución a la soberanía tecnológica nacional", dice Mikulla.

Módulos transmisores de alto rendimiento para futuras bandas de frecuencia 6G demostradas con éxito

El módulo de banda E logra una potencia de salida lineal de 1 W en el rango de frecuencia de 81 GHz a 86 GHz mediante el acoplamiento de la potencia de transmisión de cuatro módulos individuales con componentes de guía de ondas de pérdida extremadamente baja. Esto lo hace adecuado para enlaces de datos punto a punto de banda ancha en largas distancias, que es una capacidad clave para futuras arquitecturas 6G.

Varios experimentos de transmisión realizados por Fraunhofer HHI ya han demostrado el rendimiento de los componentes desarrollados conjuntamente:en diferentes escenarios al aire libre, las señales correspondientes a las especificaciones de desarrollo actuales de 5G (5G-NR Release 16 de la organización global de estandarización de comunicaciones móviles 3GPP) se transmitieron en 85 GHz con un ancho de banda de 400 MHz.

Con una línea de visión clara, los datos se transmitieron con éxito a una distancia de 600 metros en modulación de amplitud en cuadratura de 64 símbolos (64-QAM), lo que garantiza una alta eficiencia de ancho de banda de 6 bits/s/Hz. La magnitud del vector de error (EVM) de la señal recibida fue de -24,43 dB, muy por debajo del límite de 3GPP de -20,92 dB. Con la línea de visión obstruida por árboles y vehículos estacionados, los datos modulados 16QAM podrían transmitirse con éxito a una distancia de 150 metros. Incluso con una línea de visión completamente bloqueada entre el transmisor y el receptor, aún era posible transmitir y recibir con éxito datos modulados en cuatro fases (modulación por desplazamiento de fase cuaternaria, QPSK) con una eficiencia de 2 bits/s/Hz. La alta relación señal-ruido de a veces más de 20 dB en todos los escenarios es notable, especialmente considerando el rango de frecuencia, y solo es posible gracias al alto rendimiento de los componentes desarrollados.

En un segundo enfoque, se desarrolló un módulo transmisor para el rango de frecuencia de alrededor de 140 GHz, combinando una potencia de salida de más de 100 mW con un ancho de banda extremo de 20 GHz. Las pruebas con este módulo aún están pendientes. Ambos módulos transmisores son componentes ideales para el desarrollo y prueba de futuros sistemas 6G en el rango de frecuencia de terahercios. + Explora más

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