Funkkommunikation in Echtzeit

Leistungsverstärker aus Galliumnitrid für 5G-Mobilfunkstandard

| Autor / Redakteur: Michael Teiwes* / Dr. Ilka Ottleben

Der acht Quadratmillimeter große Leistungsverstärker des Fraunhofer IAF funkt auf einer Frequenz von 5,8 Gigahertz. Diese Frequenz wird für den neuen Mobilfunkstandard 5G benötigt. Wichtiger Bestandteil des Mikrochips sind die mittig angebrachten Halbleiter-Schaltungen aus Galliumnitrid (GaN).
Der acht Quadratmillimeter große Leistungsverstärker des Fraunhofer IAF funkt auf einer Frequenz von 5,8 Gigahertz. Diese Frequenz wird für den neuen Mobilfunkstandard 5G benötigt. Wichtiger Bestandteil des Mikrochips sind die mittig angebrachten Halbleiter-Schaltungen aus Galliumnitrid (GaN). (Bild: Fraunhofer IAF)

Daten per Funk zu übertragen ist zuverlässig und günstig. Das Datenvolumen pro Nutzer aber wächst exponentiell. Der neue 5G-Mobilfunkstandard soll für die schnelle, energieeffiziente Übertragung von Daten ab 2020 sorgen. Dafür baut Fraunhofer neue Hochfrequenz-Leistungsverstärker aus dem Halbleiter Galliumnitrid.

Freiburg – Daten per Funk zu übertragen ist zuverlässig und günstig. Das Datenvolumen pro Nutzer aber wächst exponentiell. Nicht nur durch die stetig wachsende Anzahl von Smart Phones, sondern insbesondere durch Trends wie Car-to-Car (C2C) oder Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation – Autos und Maschinen, die Informationen in höchster Geschwindigkeit miteinander austauschen müssen. Der neue 5G-Mobilfunkstandard soll für die schnelle, energieeffiziente Übertragung von Daten ab 2020 sorgen. Dafür baut Fraunhofer neue Hochfrequenz-Leistungsverstärker aus dem Halbleiter Galliumnitrid.

Mindestens acht Milliarden über Mobilfunk vernetzte mobile Geräte gibt es aktuell weltweit [laut Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2015-2020 White Paper]. Chatten mit Freunden und der Familie, unterwegs Videos anschauen, online spielen oder einfach im Internet surfen – das funktioniert reibungslos und preiswert. Aber wird das auch bei einer wachsenden Zahl von Nutzern und dem damit steigendem Datenvolumen so bleiben?

Benötigt werden Datenübertragungsraten von 10 Gigabit pro Sekunde

„Wir stehen an einer Schwelle“, sagt Rüdiger Quay vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg. „Bisher sind es vor allem Menschen, die drahtlos über das Internet miteinander kommunizieren. Zukünftig kommen Autos, Geräte oder Produktionsmaschinen dazu.“ Für diese Visionen von der Industrie 4.0 oder dem autonomen Fahren ist jedoch Funkkommunikation in Echtzeit notwendig.

Benötigt werden Datenübertragungsraten von 10 Gigabit pro Sekunde. Der heutige 4G-LTE-Mobilfunkstandard ist jedoch maximal für 300 Megabit pro Sekunde ausgelegt und nicht echtzeitfähig. Aktuell wird im Schnitt mobil mit einer durchschnittlichen Spitzenrate von 50 Megabit pro Sekunde im Internet gesurft. Deswegen arbeiten Mobilfunkanbieter und Netzwerkausrüster zusammen mit Forschern am leistungsfähigeren Standard 5G. Er soll es beispielsweise ermöglichen, Live-Videos in hoher Qualität mobil zu übertragen.

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