BMBF-Förderprojekt 6GKom entwickelt Hardware-System für 6G
Immer höhere Datenraten werden in einer zunehmend digitalen Welt benötigt. Nur so ist die Übertragung von Datenmengen in Echtzeit möglich. Dies ist vor allem für neue Entwicklungen wie zum Beispiel das autonome Fahren oder die Telemedizin von Bedeutung. Immer höhere Datenraten werden aber auch für Industrie 4.0 oder Smart Cities benötigt. Eine neue, zuverlässige Infrastruktur ist notwendig, um diese großen Datenmengen zu übertragen. Denn die Kanalbreiten der ersten vier Mobilfunkgenerationen (1 bis 4G) sind nahezu ausgelastet. Mit der 5. Mobilfunkgeneration wurden zwar höhere Frequenzen oberhalb von 6 GHz eingeführt. Doch auch dieser Standard reicht nicht aus, um alle Anforderungen zukünftiger Anwendungen zu erfüllen. Die 6. Generation des Mobilfunks soll hier Abhilfe schaffen.
Die 6. Mobilfunkgeneration hat das Ziel, drahtlose Datenübertragung im Tbit/s-Bereich und Echtzeitkommunikation zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, werden hohe Bandbreiten von mehr als 100 GHz benötigt. Derzeit wird im D-Band (110 GHz bis 170 GHz) geforscht. Es sollen neuartige Module wie Antennen und Frontend-Komponenten entwickelt werden. Allerdings stellt die hohe Freiraumdämpfung bei der Signalübertragung ein großes Problem beim Design neuer Komponenten dar. Dieses Problem kann durch massive MIMO-Architekturen mit integrierter Strahlformung gelöst werden. Bei der Planung des Basisbandes müssen jedoch auch parasitäre Terahertz-Effekte berücksichtigt werden.
Das Konsortium des vom BMBF geförderten Projekts 6GKom entwickelt miniaturisierte Ultrabreitbandmodule. Damit soll eine Hardwarebasis für die Mobilfunkkommunikation der Zukunft geschaffen werden. Gleichzeitig werden innovative Testverfahren und Testumgebungen simuliert, um das D-Band-Modul nach seiner Fertigstellung testen, validieren und optimieren zu können. Um die Spezifikationen der neuen Generation anwendungsorientiert umzusetzen, haben die Kooperationspartner ihre Ideen mit einem breit aufgestellten Industriebeirat aus verschiedenen Branchen abgestimmt.
Das Fraunhofer IZM ist für die Entwicklung und den Aufbau einer aktiven 6G-Antenne sowie für das Design und Packaging des Gesamtmoduls verantwortlich. Die Miniaturisierung der Module erfordert eine dichte Struktur. Dies setzt eine zuverlässige Wärmeableitung und Signalintegrität voraus. Das Expertenteam entschied sich für den Einsatz von Wafer-Level-Prozessen zur Vermeidung von Übertragungsverlusten und zur direkten Anbindung an einen Kühlkörper.
Die Forschenden setzen bei der Entwicklung auf Package-integrierte Antennen. Damit soll eine bessere Performance in Bezug auf Bandbreite und Antennengewinn erreicht werden. Die Materialfreiheit ermöglicht eine effiziente Leistungsabstrahlung im Vergleich zu alternativen Lösungen mit einem einzigen Siliziumbauteil. Die Antennen werden außerhalb des Chips integriert. Dadurch werden Kosten und Chipgröße reduziert. Ein finaler Demonstrator, der die drahtlose Kommunikation zwischen den D-Band-Modulen in einem Laboraufbau ermöglicht, soll am Ende des Projekts entwickelt werden.
In der ersten Phase des Projekts wurden die grundlegenden Komponenten des Pakets identifiziert und auf ihre Eignung für das D-Band getestet. Mit den Antennen konnte eine Bandbreite von ca. 10 GHz erreicht werden. Terabit-Datenraten konnten schließlich durch die Bündelung mehrerer Kanäle erreicht werden. Die aktiven Komponenten zur Steuerung der Antennenabstrahlcharakteristik wurden von den Projektpartnern gefertigt. Die Expert*innen des Fraunhofer IZM beginnen nun mit den Arbeiten rund um die Integration zu einem Gesamtmodul. In enger Zusammenarbeit soll ein leistungsfähiges und zuverlässiges Hardwaresystem für Frequenzen über 100 GHz entstehen.
Das Projekt ForMikro – 6GKom wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 2,86 Millionen Euro gefördert.
Weitere Informationen finden Sie hier: Fraunhofer IZM.