Espera-se que as comunicações móveis 6G abram caminho para aplicações inovadoras como inteligência artificial, realidade virtual e internet das coisas até 2030. Isso exigirá uma capacidade de desempenho muito maior do que o atual padrão móvel 5G, envolvendo novas soluções de hardware. Na EuMW 2022, o Fraunhofer IAF apresentará, portanto, um módulo transmissor baseado em GaN com eficiência energética para as faixas de frequência relevantes para 6G acima de 70 GHz, que foi desenvolvido em conjunto com o Fraunhofer HHI. O alto desempenho do módulo já foi demonstrado na Fraunhofer HHI.
Carros autônomos, telemedicina, fábricas automatizadas – aplicações futuras promissoras como essas em transporte, saúde e indústria dependem de tecnologia de informação e comunicação que excede o escopo de desempenho do atual padrão de comunicações móveis de quinta geração (5G). As comunicações móveis 6G, que devem ser introduzidas em 2030, prometem a rede de alta velocidade necessária para os volumes de dados necessários no futuro, com taxas de dados superiores a 1 Tbit/s e latências até 100 µs.

O Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF e o Fraunhofer Institute for Telecommunications, Heinrich Hertz Institute, HHI têm trabalhado nos novos componentes de alta frequência necessários para comunicações móveis 6G desde 2019 como parte do projeto KONFEKT ("Components for 6G Communications ").

Os pesquisadores desenvolveram módulos transmissores baseados no semicondutor de potência nitreto de gálio (GaN), com os quais as faixas de frequência em torno de 80 GHz (banda E) e 140 GHz (banda D) podem ser exploradas pela primeira vez com essa tecnologia. O inovador módulo transmissor de banda E, com seu alto desempenho que já foi testado com sucesso pela Fraunhofer HHI, será apresentado ao público especializado na European Microwave Week (EuMW) em Milão, Itália, de 25 a 30 de setembro de 2022.

Hardware inovador devido a semicondutores compostos de banda larga e processos SLM

"6G requer novos tipos de hardware devido às altas demandas de desempenho e eficiência", explica o Dr. Michael Mikulla da Fraunhofer IAF, que está coordenando o projeto KONFEKT. "Componentes no estado da arte atual estão atingindo seus limites. Isso se aplica em particular à tecnologia de semicondutores subjacente e à tecnologia de montagem e antena. Para obter melhores resultados em potência de saída, largura de banda e eficiência de energia, usamos circuitos de micro-ondas (MMICs) para o nosso módulo em vez dos circuitos de silício atualmente em uso. Como um semicondutor de banda larga, o GaN pode processar voltagens mais altas e, ao mesmo tempo, permite componentes com perdas significativamente menores e mais compactos. Além disso, estamos eliminando montagem em superfície e estruturas de empacotamento planar para projetar uma arquitetura de formação de feixe de menor perda com guias de onda e circuitos paralelos inerentes."

Fraunhofer HHI também está fortemente envolvido na avaliação de guias de onda impressos em 3D. Vários componentes, incluindo divisores de energia, antenas e alimentadores de antenas, foram projetados, fabricados e caracterizados usando o processo de fusão seletiva a laser (SLM). Esse processo também possibilita a fabricação rápida e econômica de componentes que não podem ser produzidos por métodos convencionais, abrindo caminho para o desenvolvimento da tecnologia 6G.

"Através dessas inovações técnicas, os Institutos Fraunhofer IAF e HHI estão levando a Alemanha e a Europa a um passo significativo em direção às comunicações móveis do futuro, ao mesmo tempo em que dão uma importante contribuição à soberania tecnológica doméstica", diz Mikulla.

Módulos transmissores de alto desempenho para futuras bandas de frequência 6G demonstrados com sucesso

O módulo E-band atinge uma potência de saída linear de 1 W na faixa de frequência de 81 GHz a 86 GHz, acoplando a potência de transmissão de quatro módulos individuais com componentes 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, que é um recurso essencial para futuras arquiteturas 6G.

Vários experimentos de transmissão conduzidos pela Fraunhofer HHI já demonstraram o desempenho dos componentes desenvolvidos em conjunto:Em diferentes cenários externos, os sinais correspondentes às especificações de desenvolvimento atuais de 5G (5G-NR Release 16 da organização global de padronização de comunicações móveis 3GPP) foram transmitidos em 85 GHz com largura de banda de 400 MHz.

Com uma linha de visão clara, os dados foram transmitidos com sucesso a uma distância de 600 metros em modulação de amplitude de quadratura de 64 símbolos (64-QAM), garantindo uma alta eficiência de largura de banda de 6 bits/s/Hz. A Error Vector Magnitude (EVM) do sinal recebido foi de -24,43 dB, bem abaixo do limite de 3GPP de -20,92 dB. Com a linha de visão obstruída por árvores e veículos estacionados, os dados modulados 16QAM podem ser transmitidos com sucesso a uma distância de 150 metros. Mesmo com uma linha de visão completamente bloqueada entre o transmissor e o receptor, ainda era possível transmitir e receber com sucesso dados modulados em quatro fases (Quaternary Phase-Shift Keying, QPSK) com uma eficiência de 2 bits/s/Hz. A alta relação sinal-ruído, às vezes superior a 20 dB em todos os cenários, é notável, principalmente considerando a faixa de frequência, e só é possível pelo alto desempenho dos componentes desenvolvidos.

Em uma segunda abordagem, foi desenvolvido um módulo transmissor para a faixa de frequência em torno de 140 GHz, combinando uma potência de saída superior a 100 mW com uma largura de banda extrema de 20 GHz. Os testes com este módulo ainda estão pendentes. Ambos os módulos transmissores são componentes ideais para o desenvolvimento e teste de futuros sistemas 6G na faixa de frequência terahertz. + Explorar mais

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