Ein Wegbereiter für die Koexistenz von Geräten in zukünftigen 5G-Netzen
Um das Versprechen 1 000 Mal höherer Datenraten einhalten zu können, müssen zukünftige 5G-Netze ein breites Spektrum an Spektralbändern nutzen. Doch mit dem immer größer werdenden Spektrum steigt auch der Wettbewerb zwischen Systemen, die das Netz nutzen: die Koexistenz wird zu einem Problem. „Es ist eine Unumgänglichkeit der 5G-Entwicklung. Zur weiteren Verbesserung der räumlichen spektralen Nutzung sollen 5G-Systeme die Drahtlos-Infrastruktur noch dichter anordnen und den Weg für die Nutzung von Frequenzbändern mit 27 GHz und mehr ebnen. Dies wird unweigerlich zu mehr Interferenzen zwischen Anwendern und zwischen Systemen führen“, erklärt Dr. Mirjana Videnovic-Misic, Koordinatorin von Projekt FUDACT. Dr. Videnovic-Misic ist mit diesem Sachverhalt sehr vertraut. Sie verbrachte die vergangenen drei Jahre bemerkenswerterweise mit der Gestaltung eines Breitbandblocker-resilienten Mikrozellenempfängers mit 28 nm für die UTBB-FD-SOI-Technologie (ultra-thin body and buried oxide Fully Depleted SOI) von STMicroelectronics. „Da den meisten Technologien im tiefen Submikron-Bereich signifikante Prozessvariationen zu schaffen machen, habe ich ein Optimierungsverfahren ersonnen, mit dem die einzigartigen Merkmale des 28-nm-UTBB-FD-SOI-CMOS-Prozesses genutzt werden können, während ein robustes Schaltkreis/Systemdesign erhalten bleibt“, sagt Dr. Videnovic-Misic. FUDACT ist ein Mixer-First-Empfänger, der die natürliche Resilienz gegenüber starken Blockern außerhalb der Bandbreite (out-of-band, OOB) steigert und zudem einen Biquad-Filter als zweite Basisband-Empfängerstufe beinhaltet. Bei sorgfältiger Bauweise kann der Empfänger das OOB-Signal unterdrücken, während schwache Nutzsignale abgetastet und mit passenden Gewichtungsfaktoren multipliziert werden, um Informationen über sie im Basisband zu erhalten. Der Empfänger profitiert auch von einem erweiterten körperlichen Vorspannungsbereich und von einer hohen körperlichen Effizienz, die speziell auf die UTBB-FDSOI-CMOS-Technologie mit 28 nm ausgelegt ist. Durch deren Anwendung „ist es möglich, Prozessvariationen und sicheres Rauschen, Linearität und Energiebedürfnisse in einem Bereich von plus/minus 10 % der Zielwerte für den Basisband-Verstärker – den Kern des konstruierten Empfängers – zu erreichen“, erklärt Dr. Videnovic-Misic. Es wird noch an der FUDACT-Konstruktion gearbeitet und die nächste Phase ist die Laborvalidierung (danach wird die Technologie Reifegrad 4 (TRL4) erreichen). Dr. Videnovic-Misic hofft, die Entwicklung dank ihrer neuen Position, die sie vor Kurzem bei Silicon Austria Labs (SAL) – ein neu gegründetes Forschungszentrum für Systeme auf elektronischer Basis, das sich als ein europäisches Exzellenzzentrum etablieren möchte – erhielt, weiterführen zu können. „Als leitende Wissenschaftlerin werde ich für die Personalbeschaffung, Aus- und Weiterbildung, Teamleitung und Gestaltung integrierter Schaltkreise verantwortlich sein. Hierdurch werde ich die Möglichkeit haben, alle Fähigkeiten, die ich während FUDACT erworben habe, in der Praxis anzuwenden. Dies wird es mir ermöglichen, einen direkten Beitrag und Unterstützung für das nachhaltige Wachstum von RFIC-kompetenten Ingenieuren in Europa zu leisten. Es besteht die Möglichkeit, dass dieses Projekt in irgendeiner Form im Rahmen einer Kooperation zwischen der Industrie und SAL fortgesetzt wird.“ Es besteht kaum ein Zweifel daran, dass die Koexistenz in den nächsten Jahren weiterhin ein interessantes Thema unter 5G-Interessengruppen bleiben wird. Laut Dr. Videnovic-Misic hätte sich selbst die Federal Communications Commission in den Vereinigten Staaten für die Einführung neuer Regeln und Vorschriften ausgesprochen, die auf die schnellere Implementierung von Kleinzellen ausgerichtet sind, damit die USA das weltweite 5G-Rennen „gewinnen“ könnten. Die Weiterverfolgung der FUDACT-Forschung könnte von entscheidender Bedeutung sein, damit Europa Schritt halten kann.
Schlüsselbegriffe
FUDACT, 5G, Koexistenz, UTBB FD-SOI, STMicroelectronics, Mixer-First-Empfänger
