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Funkforschung: Schlaue Sendetechnik lässt Modems schrumpfen

Heinrich Voigts an März 17, 2017 - 7:56 am in Internet

Aktuelle Funkmodule benötigen analoge Filter, um das Sendesignal von der Empfangsrichtung zu trennen. Mit clever angeordneten Mehrfachmodulatoren geht das aber auch digital. Das könnte die Mobilfunkentwicklung nachhaltig prägen.

Forscher der Universität Cornell haben eine Methode entwickelt, mittels der sich in Funk-Modems die sonst üblichen und platzfressenden analogen Filter einsparen lassen. Diese sollen bei gleichzeitigem Senden und Empfangen (Vollduplex-Betrieb) das Sendesignal aus dem Empfangsweg heraushalten, sodass der Empfänger nicht „zugestopft“ wird. Mit der neuen Technik könnten neue WLAN- und Mobilfunkstandards vollduplex-fähig werden, ohne dass dafür zu viel Platz benötigt wird.

Im neuen Chip sind sechs Modulatoren parallel geschaltet, die sechs Trägersignale erzeugen. Diese werden zeitlich gegeneinander versetzt an verschiedenen Punkten auf eine sogenannte Delay Line geschickt, sodass an deren einem Ende, dem Antennenanschluss, ein summiertes Sendesignal entsteht. Der Empfänger hängt am anderen Ende der Delay Line. Mit passender gegenseitiger Verzögerung löschen sich nun die einzelnen Sendesignale am Empfängeranschluss nahezu aus. Das lässt sich als Weiterentwicklung der schon länger bekannten Richtkoppler verstehen.

Bisher benötigen Funksysteme für jedes genutzte Frequenzband einen Duplexer, um Sende- und Empfangsweg zu trennen. Bei herkömmlicher Bauweise mit Duplexer und analogen Filtern fällt es besonders mit Mobilgeräten schwer, alle erforderlichen Frequenzbänder zu verwenden. Deshalb eignen sich aktuelle Smartphones nicht für alle LTE-Frequenzen (weltweit über 40), sondern nur für einen Teil. Mit den Ergebnissen der Cornell-Forschung könnten Funk-Modems hingegen weiter schrumpfen und eventuell auch preisgünstiger hergestellt werden.

Noch nicht alltagstauglich

Laut dem Arbeitspapier deckt der erste entwickelte Test-Chip einen sehr großen Frequenzbereich ab, nämlich von 0,3 bis 1,6 GHz, worin unter anderem das LTE-800-Band liegt. Professor Alyosha Molnar meint, dass das Prinzip auch über einen breiteren Frequenzbereich funktioniert und noch breitbandigere Signale filtern kann. Aktuell eignet sich der Chip zwar nicht für den Einsatz mit nah beieinander liegenden Up- und Downlinkfrequenzen (bei diesem Szenario ist die Filterwirkung zu gering).

Auch bei der Entwicklung der nächsten Mobilfunkgeneration, 5G, könnte die Technik für Wirbel sorgen. Bei weiterer Verbesserung würde sie die Grenzen der starren HF-Technik mit fest eingestellten Filtern und Duplexern weiten. Hersteller könnten die HF-Technik aus der Ferne anpassen. Denkbar sind auch Smartphones, die in Roaming-Situationen per Firmware-Update an andere Frequenzbänder angepasst werden. (amo)

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