Millimeterwellen-Chip für die 5G-Mobilfunk-Infrastruktur

Analog Devices hat einen Millimeterwellen-Chip für die 5G-Infrastruktur vorgestellt, der die derzeit höchste Integrationsdichte auf dem Markt aufweisen soll. Die Lösung kombiniert Beamforming-ICs, Auf-/Abwärts-Frequenzumwandler und Mixed-Signal-Schaltkreise.

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Der 5G-Chip enthält den 16-kanaligen Beamformer-IC ADMV4821 (Dual/Single Polarisation), den 16-kanaligen Beamformer-IC ADMV4801 (Single Polarisation) und den Auf-/Abwärts-Frequenzwandler ADMV1017. Die Lösung für 24 bis 30 GHz bildet ein zu 3GPP 5G NR konformes Millimeterwellen-Frontend, das die Bänder n261, n257 und n258 abdeckt. Die HF-Bandbreite wird mit 1,5 GHz angegeben.

„Millimeterwellen 5G ist eine zukunftsweisende Technologie mit großem Potential“, davon ist Karim Hamed, General Manager of Microwave Communications bei Analog Devices überzeugt. „Es kann äußerst schwierig sein, diese Systeme von Grund auf zu entwickeln und Leistung, Standards und Kosten zu optimieren. Unsere Lösung vereinfacht den Entwicklungsprozess für Kunden, verringert die Zahl der Bauelemente und bringt den Mobilfunkstandard 5G voran.“

In der Tat verlangt die Entwicklung von HF-Systemen auf Basis von Millimeterwellen, wie sie für die Bandbreite von 5G-Anwendungen notwendig sind, viel HF-Knowhow. Denn hohe Streckenverluste, Mehrwege-Ausbreitung und Abschattung müssen kompensiert werden. Daher werden neue Signalverarbeitungsalgorithmen, Netzwerk-Architekturen und -Protokolle, Transceiver-ICs und Antennensysteme benötigt. Nicht trivial ist darüber hinaus die Integration des HF-Systems, also des/der ICs, der Antennen und passiven Komponenten, in die Lösung.

Welche Technik steckt hinter 5G?

Um die Datenübertragungsraten zu erhöhen und die Datenübertragung weniger störanfällig zu gestalten, greift man in Zukunft auf sogenannte Millimeterwellen, auch als „5G“ bezeichnet, zurück. Mit Millimeterwellen kann man einen Frequenzbereich von 30 bis 300 GHz abdecken, der wird bisher noch nicht genutzt. Aktuell fokussiert der Markt laut Infineon auf Frequenzen bis 40 GHz. Dafür sind spezielle HF-Bauelemente notwendig, sogenannte MMIC (Monolithic Microwave IC). Die Übertragung erfolgt auf Basis der „massive MIMO“-Technik (Multiple Input Multiple Output). Hierbei werden die Signale zeitversetzt über mehrere Sende- und Empfangsantennen (bis zu 100 pro Station) übertragen. Diese Signale können allerdings nur gerichtet und ohne Störungen mithilfe des sogenannten Beamformings (Formen des Strahls) gesendet werden.

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