用于 6G 移动通信的基于 GaN 的 E 波段发射模块

行家说消息 从 2030 年起，6G 移动通信有望为日常生活中的人工智能、虚拟现实和物联网等创新应用铺平道路。

这将需要比当前 5G 移动标准更高的性能，包括新的硬件解决方案。因此，在 EuMW 2022 上，Fraunhofer IAF 将展示与 Fraunhofer HHI 联合开发的用于 70 GHz 以上 6G 相关频率范围的节能型 GaN 发射器模块。该模块的高性能已经在 Fraunhofer HHI 得到证明。

自动驾驶汽车、远程医疗、自动化工厂——诸如此类在交通、医疗保健和工业领域的未来应用，都依赖于超出当前第五代移动通信标准 (5G) 性能范围的信息和通信技术。预计将于 2030 年推出的 6G 移动通信承诺为未来所需的数据量提供必要的高速网络，数据速率超过 1 Tbit/s，延迟低至 100 µs。

用于 6G 移动通信中长距离宽带点对点数据链路的基于 GaN 的 E 波段模块© Fraunhofer IAF

自 2019 年以来，作为 KONFEKT 项目（“6G 通信组件”）由 Fraunhofer-Gesellschaft 资助。研究人员开发了基于功率半导体氮化镓 (GaN) 的发射器模块，该技术首次可以利用大约 80 GHz（E 波段）和 140 GHz（D 波段）的频率范围。创新的 E 波段发射器模块，其高性能已通过 Fraunhofer HHI 的成功测试，将于 2022 年 9 月 25 日至 30 日在意大利米兰举行的欧洲微波周 (EuMW) 上向专家公众展示。

宽带化合物半导体和 SLM 工艺带来的创新硬件

“由于对性能和效率的高要求，6G 需要新型硬件，”负责协调 KONFEKT 项目的 Fraunhofer IAF 的 Michael Mikulla 博士解释说：“当前最先进的组件正在达到极限。这尤其适用于底层半导体技术以及组装和天线技术。为了在输出功率、带宽和功率效率方面取得更好的结果，我们的模块使用基于 GaN 的单片集成微波电路 (MMIC)，而不是目前使用的硅电路。作为一种宽带隙半导体，GaN 可以处理更高的电压，同时可以实现显着降低损耗和更紧凑的组件。此外，

Fraunhofer HHI 还大量参与了 3D 打印波导的评估。已经使用选择性激光熔化 (SLM) 工艺设计、制造和表征了几个组件，包括功率分配器、天线和天线馈线。该工艺还可以快速且经济高效地制造传统方法无法生产的组件，为 6G 技术的发展铺平道路。

“通过这些技术创新，弗劳恩霍夫研究所 IAF 和 HHI 正在使德国和欧洲朝着未来的移动通信迈出重要一步，同时为国内技术主权做出重要贡献，”米库拉强调说。

面向未来 6G 频段的高性能发射模块成功展示

E 波段模块通过将四个单独模块的发射功率与极低损耗的波导组件耦合，在 81 GHz 至 86 GHz 的频率范围内实现了 1 W 的线性输出功率。这使其适用于长距离宽带点对点数据链路，这是未来 6G 架构的关键能力。

弗劳恩霍夫 HHI 进行的各种传输实验已经证明了联合开发组件的性能：在不同的室外场景下，对应于当前 5G 开发规范（全球移动通信标准化组织 3GPP 的 5G-NR Release 16）的信号在85 GHz，带宽为 400 MHz。凭借清晰的视线，数据以 64 符号正交幅度调制 (64-QAM) 成功传输 600 米的距离，确保了 6 位/秒/赫兹的高带宽效率。接收信号的误差矢量幅度 (EVM) 为 -24.43 dB，远低于 -20.92 dB 的 3GPP 限制。由于视线被树木和停放的车辆阻挡，16QAM 调制数据可以成功传输 150 米的距离。即使发射器和接收器之间的视线完全被阻挡，仍然可以以 2 比特/秒/赫兹的效率发射和成功接收四相调制数据（四相相移键控，QPSK）。在所有场景中，有时超过 20 dB 的高信噪比是显着的，尤其是考虑到频率范围，并且只有开发组件的高性能才能实现。

在第二种方法中，开发了一个用于 140 GHz 左右频率范围的发射器模块，将超过 100 mW 的输出功率与 20 GHz 的极端带宽相结合。此模块的测试仍在等待中。这两种发射器模块都是在太赫兹频率范围内开发和测试未来 6G 系统的理想组件。

Fraunhofer IAF 在 EuMW 2022 上展示发射器模块

Fraunhofer IAF 的研究人员于 9 月 25 日至 30 日在米兰的 EuMW 2022 上展示了与 Fraunhofer HHI 共同开发的 80 GHz 附近的 6G 相关频段的发射模块。