6Gモバイル通信用GaN Eバンド送信モジュール

2030 年までに、6G モバイル通信は、人工知能、仮想現実、モノのインターネットなどの革新的なアプリケーションへの道を開くと予想されています。これには、新しいハードウェア ソリューションを使用した現在の 5G モバイル標準よりも高いパフォーマンスが必要になります。そのため、フラウンホーファー IAF は、EuMW 2022 で、70 GHz 以上の対応する 6G 周波数範囲向けにフラウンホーファー HHI と共同開発したエネルギー効率の高い GaN 送信機モジュールを展示します。このモジュールの高性能はフラウンホーファー HHI によって確認されています。
自動運転車、遠隔医療、自動工場など、輸送、ヘルスケア、産業におけるこれらの将来のアプリケーションはすべて、現在の第 5 世代 (5G) モバイル通信規格の能力を超える情報通信テクノロジーに依存しています。2030 年に予想される 6G モバイル通信の開始により、1 Tbps を超えるデータ速度と最大 100 μs の遅延を備えた、将来必要なデータ量に必要な高速ネットワークが提供されることが約束されています。
2019年からKONFEKTプロジェクト（「6G通信コンポーネント」）として活動。
研究者らは、初めて約80 GHz（Eバンド）と140 GHz（Dバンド）の周波数範囲を使用できる窒化ガリウム（GaN）パワー半導体をベースにした送信モジュールを開発した。フラウンホーファー HHI による高性能テストに成功した革新的な E バンド送信モジュールは、2022 年 9 月 25 日から 30 日までイタリアのミラノで開催される欧州マイクロ波週間 (EuMW) で専門家向けに公開されます。
「パフォーマンスと効率に対する要求が高いため、6G には新しいタイプの機器が必要です」と KONFEKT プロジェクトを調整しているフラウンホーファー IAF のマイケル・ミクラ博士は説明します。「今日の最先端のコンポーネントは限界に達しつつあります。これは特に、基礎となる半導体技術、アセンブリおよびアンテナ技術に当てはまります。出力電力、帯域幅、電力効率の点で最良の結果を達成するために、現在使用されているシリコン回路の代わりにモジュールの GaN ベースのモノリシック集積マイクロ波マイクロ波回路 (MMIC) を使用しています。GaN はワイドバンドギャップ半導体として、より高い電圧で動作できます。 、損失が大幅に低くなり、よりコンパクトなコンポーネントが提供されます。さらに、導波管と内蔵並列回路を備えた低損失のビームフォーミング アーキテクチャを開発するために、表面実装および平面設計パッケージから移行しています。」
フラウンホーファー HHI は、3D プリントされた導波路の評価にも積極的に取り組んでいます。パワースプリッター、アンテナ、アンテナフィードなどのいくつかのコンポーネントは、選択的レーザー溶解 (SLM) プロセスを使用して設計、製造、特性評価されています。また、このプロセスにより、従来の方法では製造できないコンポーネントを迅速かつコスト効率よく製造できるようになり、6G テクノロジーの開発への道が開かれます。
「これらの技術革新を通じて、フラウンホーファー研究所IAFとHHIは、ドイツとヨーロッパがモバイル通信の未来に向けて重要な一歩を踏み出すことを可能にし、同時に国家の技術主権に重要な貢献をすることができます」とミクラ氏は述べた。
E バンド モジュールは、4 つの個別のモジュールの送信電力を極めて低損失の導波管アセンブリと組み合わせることで、81 GHz ～ 86 GHz の 1 W の線形出力電力を提供します。これにより、将来の 6G アーキテクチャの重要な機能となる、長距離にわたるブロードバンド ポイントツーポイント データ リンクに適しています。
フラウンホーファー HHI によるさまざまな伝送実験により、共同開発したコンポーネントの性能が実証されました。さまざまな屋外シナリオにおいて、信号は現在の 5G 開発仕様 (3GPP GSM 標準の 5G-NR リリース 16) に準拠しています。85 GHz では、帯域幅は 400 MHz です。
見通し内では、データは 64 シンボル直交振幅変調 (64-QAM) で最大 600 メートルまで正常に送信され、6 bps/Hz の高い帯域幅効率を実現します。受信信号のエラー ベクトル振幅 (EVM) は -24.43 dB で、3GPP 制限の -20.92 dB を大幅に下回っています。見通し線は木や駐車車両によって遮られるため、16QAM 変調データは最大 150 メートルまで正常に送信できます。直交変調データ (直交位相偏移変調、QPSK) は、送信機と受信機の間の見通し線が完全に遮断されている場合でも、2 bps/Hz の効率で送信および受信できます。すべてのシナリオにおいて、特に周波数範囲を考慮すると、場合によっては 20 dB を超える高い S/N 比が不可欠であり、コンポーネントの性能を向上させることによってのみ達成できます。
2 番目のアプローチでは、100 mW 以上の出力と 20 GHz の最大帯域幅を組み合わせた、約 140 GHz の周波数範囲用の送信モジュールが開発されました。このモジュールのテストはまだ先です。どちらの送信モジュールも、テラヘルツ周波数範囲で将来の 6G システムを開発およびテストするのに理想的なコンポーネントです。
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