Ericsson redo för 5G på 28 GHz

För tre år sedan presenterade Ericsson ett forskningssamarbete med IBM. Tillsammans töjde de på gränsen för vad som är möjligt i utvecklingen av styrbara antenner för millimetervågsområdet. Nu arbetar Ericsson intensivt med att industrialisera forskningsresultatet för att lansera en 5G-basstation redan nästa år.

Igor Tasevski,

– Kort sagt ska det bli en 5G-basstation på millimetervågsfrekvens. Den ska lanseras nästa år med världsledande operatörer, säger Igor Tasevski, chef för Ericssons radioenheten i Lund.

Utvecklingsarbetet har skett i två steg. Först inom ett forskningssamarbete med IBM, som Ericsson var initiativtagare till.

Under två år har företagen skapat ett nytt byggsätt. Resultatet är en modul i form av en fasstyrda antennmatris på 28 GHz – en så kallad PAAM, kort för Phased-Array-Antenna-Module.

Transceiverchipet är utvecklat av asickonstruktörer från både Ericsson och IBM. Antennen är en vidareutveckling av ett IBM-koncept, men designen ägs av Ericsson.

− Det projektet drevs inte av mitt team, utan var ett globalt forskningssamarbete mellan olika individer på Ericsson och IBM där vissa från mitt team var med, förklarar Igor Tasevski.

Ericssons fasstyrda PAAM (Phased Array Antenna Module) består av en antennmatris, en ram och ett bassubstrat som fyra transceiverchip är monterade på. Matrisen innehåller 100 antennelement, varav 64 aktiva och 36 dummyelement. De aktiva är korspolariserade vilket ger 128 kopplingar – 64 vertikalt och 64 horisontellt polariserande – som alla kan fasstyras via mjukvara. Runt antennmatrisens sidor går en ram som agerar distans för att skapa ett luftgap mot bassubstratet. Luftgapet höjer antennens bandbredd och ökar förstärkningen.

När forskningsprojektet, Ericsson NR 5G Test Bed, gick in i en ny fas för runt ett år sedan tog nästa projekt vid – själva industrialiseringen av PAAM:en.

− Majoriteten av komponenterna är lika men nu tar vi modulen och gör en hel radio av den. Vi förändrar och förädlar för att under nästa år lansera den som en riktig produkt.

Å ena sidan är det samma utmaningar som vid all industrialisering. Det gäller att skapa något som kan tillverkas kostnadseffektivt i tusentals exemplar.

Å andra sidan handlar det om att ta steget till nästa generation, 5G, som branschorganisationen 3GPP ännu inte spikat standarden för helt.

Ändå är det tydligt att 5G kommer att hända näst år med förkommersiella lanseringar. Ett antal företaget har i sitt pressmaterial redan flaggat för lansering av terminaler på runt 30 GHz.

Bassubstratet består av 14 lager med metalledningar. Här går bland annat de 128 ledningarna från antennelementen till transceiverchipen, som är flipchipade på undersidan av substratet. Alla 128 ledningar har exakt samma längd för att förenkla fasstyrningen av de individuella elementen. Modulen är monterad på ett mönsterkort och under varje rf-chip har en del av mönsterkortet skurits ut för att ge plats åt en kylfläns. Modulen består av tre olika organiska substrat, vilka är inte officiellt.

− Hur mobiliteten faktiskt kommer att ske på dessa frekvenser återstår att se. Det finns ganska många osäkerheter kring det idag.

Högfrekventa radiovågor har inte samma förmåga att tränga igenom olika material som lågfrekventa. Du får en helt annan vägförlust (path loss) och du behöver någon form av fri sikt (line-of-sight) för att signalen ska nå fram till målet.

Tillämpningarna för 5G växer kontinuerligt fram och just nu överväger industrin två stora tillämpningar för 5G inom millimetervågsområdet.

Det ena är någon typ av fast trådlös access där du riktar radion till flera användare, så kallad point-to-multipoint. För att kunna tillhandahålla tjänster till de som behöver dem vid en given tidpunkt måste loberna kunna riktas. Genom att exempelvis rikta två lober till samma punkt går det att fokusera energin och nå högre datatakt just där.

Det andra är ett mer rörligt scenario, exempelvis att följa fordon eller individer.

− Det ser vi händer, men det dröjer lite längre, konstaterar Igor Tasevski, och han fortsätter:

− Ju tätare du kan installera dessa basstationer, desto bättre kan du avlasta nuvarande makronät. Har du bra sikt och länk kan du pumpa väldigt mycket data på denna frekvens.

Var Ericsson väljer att använda modulen när den kommersialiseras kan Igor Tasevski inte gå in på, men han säger:

Denna artikel har tidigare publicerats i magasinet Elektroniktidningen. För dig som jobbar i den svenska elektronikbranschen är Elektroniktidningen gratis att prenumerera på – våra annonsörer betalar kostnaden.
Här ansöker du om prenumeration (länk).

− Rent teoretiskt kan du använda en sådan här modul i allt från en stor makro, en liten makro, i en mikro och i en piko. Det handlar om användarcase, kunder och marknad.

Var installation ska ske är också en parameter att ta hänsyn till. Speciellt som Ericsson har ett enormt stort antal installerade basstationer runt om i världen.

– Då kan man fundera på om vi kan lägga modulen bredvid och utnyttja ett redan befintligt core-nätverk eller om den ska användas på en ny site där det inte finns något idag.