D'ici 2030, les communications mobiles 6G devraient ouvrir la voie à des applications innovantes telles que l'intelligence artificielle, la réalité virtuelle et l'Internet des objets.Cela nécessitera des performances supérieures à la norme mobile 5G actuelle en utilisant de nouvelles solutions matérielles.Ainsi, à EuMW 2022, Fraunhofer IAF présentera un module émetteur GaN économe en énergie développé conjointement avec Fraunhofer HHI pour la gamme de fréquences 6G correspondante au-dessus de 70 GHz.La haute performance de ce module a été confirmée par Fraunhofer HHI.
Véhicules autonomes, télémédecine, usines automatisées - toutes ces applications futures dans les transports, la santé et l'industrie reposent sur des technologies de l'information et de la communication qui vont au-delà des capacités de la norme actuelle de communication mobile de cinquième génération (5G).Le lancement prévu des communications mobiles 6G en 2030 promet de fournir les réseaux à haut débit nécessaires pour les volumes de données nécessaires à l'avenir, avec des débits de données supérieurs à 1 Tbps et une latence pouvant atteindre 100 µs.
Depuis 2019 en tant que projet KONFEKT (« Composants de communication 6G »).
Les chercheurs ont développé des modules de transmission à base de semi-conducteur de puissance au nitrure de gallium (GaN), qui peuvent pour la première fois utiliser la gamme de fréquences d'environ 80 GHz (bande E) et 140 GHz (bande D).Le module émetteur innovant en bande E, dont les hautes performances ont été testées avec succès par Fraunhofer HHI, sera présenté au public expert lors de la Semaine européenne des micro-ondes (EuMW) à Milan, en Italie, du 25 au 30 septembre 2022.
"En raison des exigences élevées en matière de performances et d'efficacité, la 6G nécessite de nouveaux types d'équipements", explique le Dr Michael Mikulla de Fraunhofer IAF, qui coordonne le projet KONFEKT.« Les composants de pointe d'aujourd'hui atteignent leurs limites.Cela s'applique en particulier à la technologie sous-jacente des semi-conducteurs, ainsi qu'à la technologie d'assemblage et d'antenne.Pour obtenir les meilleurs résultats en termes de puissance de sortie, de bande passante et d'efficacité énergétique, nous utilisons des circuits micro-ondes micro-ondes (MMIC) à intégration monolithique à base de GaN de notre module qui remplacent les circuits en silicium actuellement utilisés. En tant que semi-conducteur à large bande interdite, le GaN peut fonctionner à des tensions plus élevées. , fournissant des pertes nettement inférieures et des composants plus compacts. De plus, nous nous éloignons des packages de conception de montage en surface et planaires pour développer des architectures de formation de faisceaux à faible perte avec des guides d'ondes et des circuits parallèles intégrés.
Fraunhofer HHI est également activement impliqué dans l'évaluation des guides d'ondes imprimés en 3D.Plusieurs composants ont été conçus, fabriqués et caractérisés à l'aide du procédé de fusion laser sélective (SLM), notamment des répartiteurs de puissance, des antennes et des alimentations d'antenne.Le processus permet également la production rapide et rentable de composants qui ne peuvent pas être fabriqués à l'aide de méthodes traditionnelles, ouvrant la voie au développement de la technologie 6G.
"Grâce à ces innovations technologiques, les instituts Fraunhofer IAF et HHI permettent à l'Allemagne et à l'Europe de faire un pas important vers l'avenir des communications mobiles, tout en apportant une contribution importante à la souveraineté technologique nationale", a déclaré Mikula.
Le module en bande E fournit 1 W de puissance de sortie linéaire de 81 GHz à 86 GHz en combinant la puissance de transmission de quatre modules distincts avec un assemblage de guide d'ondes à très faible perte.Cela le rend adapté aux liaisons de données point à point à large bande sur de longues distances, une capacité clé pour les futures architectures 6G.
Diverses expériences de transmission par Fraunhofer HHI ont démontré les performances des composants développés conjointement : dans divers scénarios extérieurs, les signaux sont conformes à la spécification de développement 5G actuelle (5G-NR Release 16 de la norme GSM 3GPP).A 85 GHz, la bande passante est de 400 MHz.
Avec la ligne de visée, les données sont transmises avec succès jusqu'à 600 mètres en modulation d'amplitude en quadrature à 64 symboles (64-QAM), offrant une efficacité de bande passante élevée de 6 bps/Hz.L'amplitude du vecteur d'erreur (EVM) du signal reçu est de -24,43 dB, bien en dessous de la limite 3GPP de -20,92 dB.Parce que la ligne de mire est bloquée par des arbres et des véhicules en stationnement, les données modulées 16QAM peuvent être transmises avec succès jusqu'à 150 mètres.Les données de modulation en quadrature (modulation par déplacement de phase en quadrature, QPSK) peuvent toujours être transmises et reçues avec succès à une efficacité de 2 bps/Hz même lorsque la ligne de visée entre l'émetteur et le récepteur est complètement bloquée.Dans tous les scénarios, un rapport signal sur bruit élevé, parfois supérieur à 20 dB, est indispensable, notamment compte tenu de la gamme de fréquences, et ne peut être atteint qu'en augmentant les performances des composants.
Dans la deuxième approche, un module émetteur a été développé pour une gamme de fréquences autour de 140 GHz, combinant une puissance de sortie de plus de 100 mW avec une bande passante maximale de 20 GHz.Les tests de ce module sont encore en cours.Les deux modules émetteurs sont des composants idéaux pour développer et tester les futurs systèmes 6G dans la gamme de fréquences térahertz.
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Heure de publication : 18 octobre 2022
