Aufgerüstete Hardware- und Softwareplattformen für 5G-Netze
Die Entwicklung der 5G-Technologie ist offenkundig komplex. Im Gegensatz zum Umstieg von 3G auf 4G, der sich vor allem durch ein Geschwindigkeitsupgrade auszeichnete, ist 5G eine regelrechte Revolution, welche seit 2008 die weltweit besten Ingenieure umtreibt. Der Erfolg der Technologie hängt von der Zuverlässigkeit ihrer Grundbausteine ab, von denen zahlreiche im Zuge des FLEX5GWARE-Projekts demonstriert worden sind. Das Projekt beschäftigte sich mit der gesamten Technologienkette, die für die Implementierung von 5G-Plattformen erforderlich ist: RF-Front-Ends und -Antennen, Mixed-Signal-Technologien, Digital-Front-End und getrennte Hardware (HW)- / Software (SW)-Funktionen sowie SW-Module und -Funktionen. Das Ziel bestand in der Auslotung spezifischer Herausforderungen für die Implementierung und Prototypisierung in Bezug auf HW/SW-Grundbausteine, die mit der Leistung, den Umweltauswirkungen, der Skalierbarkeit und der Modularität verbunden sind. Dies wurde über insgesamt 11 Implementierungen von Konzeptnachweisen (proof-of-concept, PoC) erreicht. „Uns sind viele verschiedene HW/SW-Implementierungen eingefallen, um ein breites Spektrum an 5G-Herausforderungen zu adressieren. Dank all der Fortschritte, die wir bei diesen PoCs erreicht haben und unseres Beitrags zur theoretischen Arbeit, können wir jetzt die Weiterentwicklung aktueller mobiler Netze auf 5G ernsthaft in Erwägung ziehen“, sagt Michael Färber, Koordinator des Projekts für Intel. Zu den im Rahmen des Projekts demonstrierten Konzepten zählen unter anderem SIW-Antennen mit integrierten Leistungsverstärkern, eine On-Chip-Frequenzerzeugung, ein Multi-Chain-MIMO-Transmitter, ein Full-Duplex-FBMC-Transceiver, eine HW/SW-Funktionstrennung für die energiebewusste Kommunikation und weitere, gleichermaßen wichtige Eigenschaften von 5G-Netzen der Zukunft. Eine Grundvoraussetzung für zukünftige Innovationen Gemeinsam bringen diese PoCs den neuesten Stand der Technik wesentlich voran. Die europäische Industrie kann hierdurch bis zum 5G-Launch im Jahr 2020 neue Produkte und Dienstleistungen entwickeln und somit wettbewerbsfähiger werden. Färber erklärt ferner, dass sich „das dank der Projektergebnisse erzielte Energieeffizienzniveau positiv auf die Energiekosten auswirken kann, wodurch sowohl im IKT-Bereich als auch in anderen Technologiesektoren die Betriebsausgaben sinken.“ Die Konzeptnachweise des Projekts und fünf weitere Konzeptnachweise, die in Zusammenarbeit mit anderen 5G-PPP-Projekten (Fantastic-5G, 5G-Crosshaul, 5G-Ex, Speed-5G, Coherent) entwickelt worden sind, wurden im Rahmen einer zweitägigen Veranstaltung vorgestellt, die im Juni 2017 in Turin, Italien, stattfand. „Das Anliegen war es, unsere Fortschritte einem größeren Publikum zu zeigen“, erklärt Färber. „Wir stellten ihnen funktionelle Implementierungen vor, die von RF-Schaltkreis- und RF-Chipdesigns bis hin zu komplexen HW/SW-integrierten Geräten reichten, die im Hinblick auf die Energieeinsparung oder Ressourcenzuweisung mit neuartigen Optimierungsalgorithmen arbeiten. Besucher konnten den Forschern direkt Fragen stellen und über Details sprechen.“ Färber ist davon überzeugt, dass sich die auf FLEX5GWARE beruhenden Forschungsergebnisse – die ebenfalls herausfordernde Innovationen wie z. B. Full-Duplex-Übertragung, Leistungsverstärker-Envelope-Tracking, Multiband-PA-Implementierungen und CMOS-integrierte Chips für die Signalerzeugung berücksichtigen – auf zukünftige Technologien im mobilen Breitband, in der mm-Wellen-Mikrozellentechnologie und sogar in Servern für modernste Computing- und Cloud-Lösungen im Mobilfunkbereich bemerkbar machen werden. „Sie haben das Potenzial, ein Bestandteil von Implementierungen in Produkten zu werden, die im Jahr 2020 und darüber hinaus Einzug in den Massenmarkt halten“, sagt Färber. Die Projektpartner haben mehrere Patentanmeldungen zur zukünftigen kommerziellen Nutzung der Projektergebnisse eingereicht. „Nun, da das Projekt abgeschlossen ist, planen viele Partner damit, die Forschungsergebnisse, Konzepte, Algorithmen, Technologiemodule und Demonstrationen umfassend in zukünftigen Implementierungen zu nutzen, ganz gleich, ob es um mobile Chipsätze, Algorithmen, SW-Lösungen, Transceiver oder sogar komplette Netzwerkelemente geht“, erklärt Färber. Die akademischen Partner wiederum planen, ihre Erfolge als Plattform für weiterführende Forschung zu nutzen.
Schlüsselbegriffe
FLEX5GWARE, 5G, PoC, Bausteine, Technologie, Netze
