Schwerpunkte

5G – auf die Umsetzung kommt es an

Modernste Halbleitertechnologie ist ein Muss

18. Januar 2021, 09:40 Uhr   |  Brendan Farley, VP Wireless Engineering & Geschäftsführer EMEA, Xilinx


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

GaN-Technologie für Leistungsverstärker

Wie oben bereits gesagt, stellt der Stromverbrauch in 5G-Netzen ein Problem dar. Heutige PAs auf Basis der LDMOS-Technologie (Laterally Diffused Metal-Oxide Semiconductor) dominieren mit einer Verlustleistung von mehr als 1 KW den gesamten Stromverbrauch im Mobilfunk. Deshalb werden alternative Technologien in Betracht gezogen. Insbesondere GaN-basierte (GaN: Galliumnitrid) PAs kommen bereits zum Einsatz, denn die GaN-basierte Technologie weist gegenüber der Silizium-basierten LMDOS-Technologie Vorteile in Hinblick auf die Bandbreite auf und kann die Anforderungen an die Leistungsdichte besser erfüllen. In China zum Beispiel wird GaN aufgrund seiner hohen Energieeffizienz insbesondere bei höheren Frequenzen wie etwa bei 3,5 GHz in großem Umfang eingesetzt. Durch den Einsatz von GaN kann die Gesamtleistungsaufnahme der PAs deutlich verringert werden, was sich wiederum positiv auf die Größe, das Volumen, das Gewicht und die Kosten auswirkt.

Mit GaN sind aufgrund der Nichtlinearitäten leistungsfähigere Algorithmen zur digitalen Vorverzerrung (DPD) notwendig, um die energieeffizienten GaN-PAs zu linearisieren. Sobald das Problem mit der Leistungsaufnahme gelöst wurde, ist es anschließend möglich, das Volumen und Gewicht des Kühlkörpers zu reduzieren. Der Kühlkörper ist in erster Linie dazu da, die Wärme vom HF-Teil abzuführen, so dass durch die Reduzierung der Leistungsaufnahme des HF-Teils das Volumen und Gewicht der gesamten Einheit verringert werden kann. Das Volumen und Gewicht der Einheit bestimmt schlussendlich die Personenanzahl und die Ausrüstung, die für die Installation dieser Panels im Funkturm erforderlich ist. Die Kosten können je nach Volumen, Gewicht und Anzahl der Personen, die für die Installation der Panels benötigt werden, um den Faktor 2 bis 3 skalieren.

Moderne Integrationsansätze

Die digitale Prozessautomatisierung (DPA) mit GaN muss leistungsfähiger sein. Die Möglichkeit Bandbreiten von 400 MHz oder mehr zu verarbeiten, ist entscheidend. Xilinx hat mit dem Zynq RFSoC DFE ein Produkt auf den Markt gebracht, das mit Standardzellen und festverdrahteten IP-Blöcken ausgestattet ist, um Strom und Kosten zu sparen. Die adaptive RFSoC-Plattform beinhaltet mehr festverdrahtete IP-Blöcke als Soft-Logik und ermöglicht so eine leistungsstarke, energieeffizient und kostengünstige Lösung. Dank der integrierten programmierbaren Logik kann der Anwender Algorithmen kundenspezifisch anpassen und eigene Algorithmen hinzuzufügen. Außerdem kann er damit sein Design optimieren und aktualisieren, wenn sich Standards und Bandbreiten ändern.

Zynq RFSoC DFE Blockschaltbild
© Xilinx

Zynq RFSoC DFE Blockschaltbild

Darüber hinaus basiert das festverdrahtete DPD-IP auf dem produktionsbewährten Soft-Core-IP von Xilinx. Es wurde weiterentwickelt, um auch Breitband-GaN-PAs unterstützen zu können. Im Wesentlichen erlaubt das Zynq RFSoC DFE sich den Marktentwicklungen - gerade beim 5G-Rollout ein entscheidender Punkt, denn die Geschäftsmodelle ändern sich aufgrund von Interoperabilitätsinitiativen (z. B. ORAN, TIP), neuen Dienstanbietern und zunehmendem Wettbewerb. Die Hardware-Anpassungsfähigkeit der Plattform ermöglicht Innovationen und bietet gleichzeitig die Vorteile eines ASICs ohne NRE. Damit sinken das Risiko und die Gesamtbetriebskosten für neue Marktteilnehmer und traditionelle OEMs gleichermaßen.

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1. Modernste Halbleitertechnologie ist ein Muss
2. GaN-Technologie für Leistungsverstärker
3. Leistungsoptimierung

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