ISSCC 2013 60-GHz-Transceiver für Datenraten im GBit/s-Bereich

60-GHz-Transceiver-Modul
60-GHz-Transceiver-Modul

Das IMEC und Panasonic haben einen 60-GHz-Transceiver in Form eines Chipsatz entwickelt, der dank »Beamforming« hohe Übertragungsraten über kleinere Distanzen erreicht.

Mithilfe von Beamforming lassen sich die Link-Budgets bei der drahtlosen Kommunikation deutlich erhöhen. Genau diesen Ansatz hat das IMEC genutzt, und seinen Chipsatz damit ausgerüstet. Dem IMEC ist es aber auch noch gelungen, trotz kostengünstiger CMOS-Technologie ein Vier-Antennensystem zu implementieren. Laut Harmke de Groot, Programm Director Ultra Low Power Wireless/DSP beim IMEC, zeichnet sich der Chipsatz darüber hinaus dadurch aus, dass er eine niedrige Leistungsaufnahme aufweist.

Wozu eine Datenübertragung mit solch hohen Frequenzen? Aus der Sicht von de Groot gibt es gleich mehrere Möglichkeiten, wie die Kommunikation zwischen Fernsehgerät und Tablet, oder die Synchronisation zwischen zwei Elektronikgeräten oder auch neuartige Spielekonsolen, bei denen die Bewegung des Körpers als Eingabesignale verwendet werden, ähnlich wie es in der Wii im kleinen Maßstab schon realisiert wurde. »Die Wii nutzt aber eine vergleichsweise geringe Datenrate von wenigen 100 KBit/s bis maximal 1 MBit/s«, erklärt de Groot.

Mit dem IMEC-Chipsatz sind ganz andere Datenübertragungsraten möglich. So kann je nach Modulationsart eine Datenrate von 2,31 GBit/s (QPSK-Modulation) über eine Distanz von 3,6 m übertragen werden. Geht es um höchste Datenrate wie sie beispielsweise für die Synchronisation zweier Geräte erforderlich ist, sinkt die Distanz auf 0,7 m und die Datenübertragungsrate auf 4,62 GBit/s (QAM16-Modulation).

Der Chipsatz besteht aus Receiver und Transmitter, die jeweils über vier Antennen-Pfade verfügen. Beide Schaltkreise basieren auf einer »Direct Conversion Architecture«, wodurch eine direkte Umsetzung der hohen Frequenzen auf deutlich niedrigere Frequenzen möglich ist, ohne über eine Zwischenfrequenz gehen zu müssen. Der Chipsatz ist zusammen mit einem Vier-Antennen-Array (Phased-Array) in ein Modul integriert und kann so die Daten per Beamforming gezielt zum Empfänger übertragen, »weshalb wir diese Distanzen selbst bei der hohen Frequenz überwinden können«, so de Groot weiter. Dank der Beamforming-Technik wurde ein 3-dB-Scan-Winkel von rund 120 Grad mit einem Antennengewinn von 11 dBi erreicht.

Panasonic wiederum hat den dazugehörigen IEEE 802.11ad konformen PHY/MAC-Basisband-Chip entwickelt. Da der Chipsatz ebenfalls konform zu IEEE 802.11ad, konnte somit ein komplettes System realisiert werden. De Groot: »Wir laden auch andere Unternehmen ein, an unserem 60GHz R&D Program als Entwicklungspartner teilzunehmen oder eine Lizenz für unsere Technologie zu erwerben, um sie selbst weiterzuentwickeln.«