Energiesparsame Mobilfunk-Basisstationen
Edge-Cloud-Mobilfunksystem auf Grundlage AlScN-basierter Komponenten.
Im Rahmen des Projekts „EdgeLimit-Green ICT“ wollen das Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörperphysik und das Fraunhofer-Institut für integrierte Schaltungen in Zusammenarbeit mit der Uni Freiburg und Industriepartnern bis 2025 auf der Grundlage AlScN-basierter Komponenten und bedarfsgerechter Steuerung ein energieeffizientes Edge-Cloud-Mobilfunksystem entwickeln und unter Praxisbedingungen testen. Das BMBF fördert das Projekt im Rahmen der „Green ICT“-Initiative. „EdgeLimit-Green ICT“ startet nach erfolgreichem Vorprojekt zur Evaluierung innovativer Halbleitertechnologien und Anwendungsansätze beim Innovationswettbewerb „Green ICT – Elektronik für energiesparsame Informations- und Kommunikationstechnik“ des BMBF im Sommer 2021 jetzt in die zweite Phase.
„Die neuartigen Leistungshalbleiterkomponenten, die das Fraunhofer-IAF entwickelt, versprechen im Zusammenspiel mit der vom Fraunhofer-IIS konzipierten intelligenten, KI-unterstützten Vernetzung und Steuerung des Antennensystems eine Halbierung der Energieverluste bei der Übertragung im Millimeterwellenbereich von 5G“, erläutert Rüdiger Quay, Projektkoordinator und geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer-IAF. Die Industriepartner unterstützen das Vorhaben durch Kooperationen bei der Entwicklung neuartiger Hochfrequenz-Transistoren, der Schaltkreis-Prozessierung sowie der praxisorientierten Bewertung und Übertragung von Testergebnissen.
Das hohe Energiesparpotenzial des zu entwickelnden Antennensystems fußt zum einen auf den überlegenen Materialeigenschaften des Leistungshalbleiters AlScN, der am Fraunhofer-IAF per metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt und in Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit verbaut werden soll. Das Material erlaubt durch seine hohe Stromtragfähigkeit gegenüber etablierten Halbleitern wie Silizium, Galliumarsenid oder Galliumnitrid potenziell eine deutlich höhere Leistungsdichte und Verstärkung. Zum andern resultiert das Einsparpotenzial aus einem effizienten Aufbau der Elektronik.
Insgesamt sollen die Energieverluste des zu realisierenden Antennensystems durch die Kombination energieeffizienter Bauelemente und optimierter Organisation um mindestens fünfzig Prozent sinken, indem die Leistungseffizienz auf Verstärkerebene bei neuen Frequenzen zwischen 26 und 34 GHz verdoppelt, der Verlust in Leistungswandlern halbiert und eine bedarfsgerechte Steuerung des Systems implementiert wird.
Fh.-IAF / RK
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