Gegen das Wirrwarr der Funktechniken

10. September 2016, 14:30
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Josef-Ressel-Zentrum an der FH Kärnten optimiert Kommunikationstechnologien für Smartphones

Villach – Smartphones und andere mobile Computer tauschen Daten auf unterschiedliche Arten aus: Nutzer telefonieren über eine 3-G-Verbindung, im Internet surft man via WLAN oder UMTS, Kopfhörer oder Tastatur sind über Bluetooth verbunden, die digitale Zahlfunktion greift auf den NFC-Chip zurück. Bis zu 15 verschiedene derartige Technologien sind heute in einem Gerät verbaut. Sie alle senden und empfangen Radiowellen auf individuelle Weise, in unterschiedlichen Frequenzen und Signalstärken.

"Es ist, als ob Menschen ganz dicht gedrängt in einer Gruppe zusammenstehen und versuchen, sich in unterschiedlichen Sprachen mit jemandem außerhalb der Gruppe zu unterhalten", vergleicht Mikroelektroniker Johannes Sturm das Nebeneinander der vielen Funktechniken in einem Gerät. "Die Menschen in der Gruppe hören sich gegenseitig und werden immer lauter. Im schlechtesten Fall versteht keiner etwas. Ähnliches passiert auch durch die Interferenzen, die im Handy entstehen."

Als Leiter des vom Wirtschaftsministerium geförderten Josef-Ressel-Zentrums "Interact" an der Fachhochschule Kärnten arbeitet Sturm mit seinen Kollegen an Technologien, um dieses Wirrwarr an Funktechniken in Smartphones zu vereinfachen, Interferenzen zu minimieren und – ein wichtiger Punkt – Platz im Gerät zu sparen. Partner dieses Josef Ressel Center for Integrated Cmos RF Systems and Circuits Design ist der Chiphersteller Intel, durch den, so Sturm, auch Zugang zu hochspezialisierten Fertigungstechnologien gegeben sei.

Flexiblere Hardware

Es gibt mehrere Strategien, um effizientere Systeme zu gestalten, die alle Funkstandards beherrschen, erklärt der Mikroelektroniker. "Ein Ansatz ist – um bei dem Bild mit der Menschenmenge zu bleiben -, dass nicht alle gleichzeitig sprechen müssen. Eine Person, die alle Sprachen spricht, könnte die Mitteilungen entgegennehmen. Nur sie spricht dann mit der Außenwelt." Für das Smartphone heißt das, dass an die Stelle von vielen parallel arbeitenden Funkeinheiten eine flexible Hardware tritt, die vielfältig programmier- und einstellbar ist. Ein möglichst großer Teil der Signalverarbeitung soll im Sinne eines sogenannten Software Defined Radio digital erfolgen.

Von der Vision einer einzelnen Sende- und Empfangsstation für jegliche Radiowellen, die eingehen oder ausgesendet werden, sei man aber noch weit entfernt, stellt Sturm klar. Dafür würde man deutlich leistungsfähigere Komponenten benötigen, etwa einen "idealen Analog-Digital-Wandler", der die hochfrequenten Eingangssignale in perfekter Auflösung in einen digitalen Datenstrom übersetzt. Durch intelligenteres Design, neue Empfängerstrukturen und neuartige programmierbare Komponenten könne man aber zumindest einen großen Schritt in diese Richtung machen.

Gleichzeitig sprechende Komponenten

Jene Komponenten, die weiterhin "gleichzeitig sprechen" müssen, sollen sich mit den neuen Designs, an denen im Josef-Ressel-Zentrum gearbeitet wird, weniger stark gegenseitig beeinflussen. Ähnlich modernen Noise-Cancelling-Kopfhörern, bei denen das Gerät den Umgebungslärm durch gegenläufige Schallwellen für das menschliche Ohr unhörbar macht, sollen auch in der Hochfrequenzsignalverarbeitung die Störsignale jeweils anderer Komponenten im Handy "wegsubstrahiert" werden, erklärt Sturm.

Öffnet man ein aktuelles Smartphone, sieht man auf einer Platine viele Chips und Komponenten vereint. Ziel von Sturm und Kollegen ist es auch, die Integrationsdichte der Kommunikationstechnologien zu erhöhen, indem neue Gehäusetechnologien – sogenannte Systems-in-Packages – verwendet werden. Zum einen soll viel Funktionalität auf einzelne Chips gepackt werden. "Zum anderen geht es darum, Komponenten wie Filter, Schalter oder Verstärker so intelligent in ein Gehäuse zu ordnen, dass möglichst viel Platz und Energie bei größtmöglicher Funktionalität eingespart werden kann", so Sturm. (pum, 10.9.2016)


Link: Interact

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