Erstes 60-GHz-Modul mit PCB-Antennen-Array für lizenzfreie Gigabit-Kommunikation

| Redakteur: Michael Eckstein

Antennen-Array: Die GigaRay-Module sind extrem kompakt und ermöglichen das rein elektronische Ausrichten der Funkstrahlung per Phasensteuerung.
Antennen-Array: Die GigaRay-Module sind extrem kompakt und ermöglichen das rein elektronische Ausrichten der Funkstrahlung per Phasensteuerung. (Bild: Lattice Semiconductor)

Lattice bringt leicht zu integrierende Basisband- und Funklösung für die drahtlose Breitbandversorgung im 60-GHz-Band. Phasengesteuertes Beam-Forming sorgt für hohe Überragungsraten und geringe Installations-, Betriebs- und Wartungskosten.

Besonders in urbanen Gebieten werden immer mehr Informationen erzeugt, übertragen und konsumiert beziehungsweise verarbeitet. Das hat Auswirkungen: Netzbetreiber müssen im Edge, also den Zugangsbereichen ihrer Netzwerke, schnell erheblich mehr Kapazität bereitstellen. „Doch der Glasfaserausbau ist dafür oft zu teuer“, sagt Neil Bullock, Director of Wireless Marketing von Lattice Semiconductor.

Das weltweit in vielen Regionen lizenzfreie 60-GHz-Band bietet Netzbetreibern grundsätzlich die Möglichkeit, breitbandigen Kommunikationsdienstleistungen über begrenzte Distanzen drahtlos bereitzustellen. Es verfügt über eine hohe spektrale Kapazität mit bis zu 2 MHz breiten Kanälen. Zudem lässt sich die Ressource Spektrum mehrfach zu nutzen, und es fallen keine Lizenzkosten an. Dadurch bietet sich 60-GHz-Funk beispielsweise als Alternative zum teuren und aufwendigen Verlegen von Glasfasern an.

Doch bisherige Ausrüstungen, die in Millimeterwellenlängenbereichen funken, verwenden manuell auszurichtende Antennen. Das Installieren der Sende- und empfangsanlagen ist entsprechend kompliziert, und im Betrieb sind immer wieder Wartungen nötig – beispielsweise, wenn Wettereinflüsse die Antenne aus ihrer optimalen Position drehen.

Elektronische Beam-Steering-Technik

Lattice Semiconductor hat jetzt eine Lösung vorgestellt, die genau hier ansetzt. Die GigaRay MOD65412 genannte Modulkombination ist nach Angaben des Herstellers eine vollständige, leicht zu integrierende Basisband- und HF-Funklösung für die drahtlose Breitbandversorgung im 60-GHz-Band. Der Clou: Die auf einem phasengesteuerten Beamforming-Antennen-Array basierende Technik ist laut Bullock in der Lage, die Strahlungsrichtung und -fokussierung über einen weiten Bereich elektronisch justieren zu können.

So sei es möglich, die Strahlungskeulen rein elektronisch in der horizontalen Ebene um plus-minus 45 Grad auszurichten – ein enormer Vorteil gegenüber herkömmlichen Sende-Empfangs-Modulen. Einmal installiert, kann die Steuerung aus der Ferne erfolgen, mechanische Eingriffe vor Ort sind damit nicht länger nötig. Die Funkmodule sind laut Lattice in der Lage, eine eingerichtete Funkstrecke selbständig kontinuierlich zu optimieren.

Vorzertifizierte, modulare Lösung für drahtlose Breitbandversorgung

Die Technik basiert auf Entwicklungen der 2004 gegründeten SiBEAM Technology Group, die Lattice 2015 übernommen hat. Im Fokus des Start-ups standen Funktechnologien mit dem Schwerpunkt Millimeterwellenlängen. „Mit den darauf basierenden, jetzt erhältlichen GigaRay-Modulen können Netzwerkbetreiber effizient Gigabit-schnelle Edge-Konnektivität im 60-GHz-Band bereitstellen“, erklärt Bullock.

Neil Bullock, Lattice: "Mit unseren GigaRay-Modulen können Netzwerkbetreiber schnell Gigabit-Edge-Konnektivität im 60-GHz-Band bereitstellen."
Neil Bullock, Lattice: "Mit unseren GigaRay-Modulen können Netzwerkbetreiber schnell Gigabit-Edge-Konnektivität im 60-GHz-Band bereitstellen." (Bild: nicolasardelean.com)

Das SiBEAM-Antennen-Array ist lediglich 52 mm x 64 mm klein, das Basisband-/Prozessormodul mit 28 mm x 30 mm nur halb so groß wie eine PCIe-Mini-Karte. „Mit diesen Komponenten lassen sich sehr kompakte Funkmodule aufbauen“, erklärt Bullock – und zeigt einen lediglich 20 cm x 10 cm x 3 cm großen Prototypen, die neben Antennen- und Prozessormodul noch eine Kompakt-PC-Platine enthält. Das gesamte Paket wiegt kaum mehr als ein halbes Kilogramm, lässt sich per Power-over-Ethernet mit Strom versorgen und „verbraucht deutlich unter 10 Watt“, sagt Bullock.

Robustes Leiterplatten-Antennen-Array

Zentrales Bauteil des Basisbandmoduls ist der SB6541-Basisband-Prozessor, der MAC- und PHY-Funktionen übernimmt. Er stellt Funk- und Systemschnittstellen bereit. Das Anbinden eines Netzwerkprozessors erfolgt beispeilsweise über ein schnelles PCIe-Interface. Software-seitig setzt Lattice einen Linux-Open-Source-Gerätetreiber ein, was die Integration in eigene Applikationen erleichtert.

Das Hochfrequenzfunkmodul basiert auf dem 60-GHz-Phased-Array-HF-Transceiver Si6342, einer als Leiterplatte gefertigten PCB-Antenne mit hohem Verstärkungsfaktor sowie einer Abschirmung zum Verbessern der EMV, die gleichzeitig als Kühlkörper für das Wärmemanagement dient. „Unser Prozessor steuert mit seiner adaptiven Hochgeschwindigkeitselektronik die Fokussierung der Funkstrahlung, übernimmt also das Beam-Steering“, erläutert Bullock die Schlüsseltechnologie des Produkts.

Gigabit-Datenrate über 200 Meter Distanz

Der hohe Integrationsgrad und die aufeinander abgestimmten Funktionen würden das Design-Risiko für Entwickler erheblich verringern und die Kosten für eine Implementierung reduzieren. Sie bräuchten keine eigene Basisband- oder HF-Schaltung entwerfen. So könnten Ausrüster Netzbetreibern eine Lösung anbieten, die die Installations-, Betriebs- und Wartungskosten substanziell verringert.

„Das System eignet sich sowohl für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen als auch für vermaschte Netze“, sagt Bullock. So ließen sich beispielsweise Hot-Spots in Städten versorgen, firmenkomplexe miteinander verbinden oder drahtlose Festnetzanschlüsse (Fixed Wireless) realisieren. Nach Angaben von Lattice erreichen die Produkte über eine Distanz von 200 Metern TCP/IP-Datenraten von 1 GBit/s. Über eine Entfernung von 200 Metern sind es immerhin noch 300 Mbit/s.

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