IHP - innovations for high performance microelectronics

IHP Frankfurt (Oder) Wireless Communication Systems Im Technologiepark 25 D-15236 Frankfurt (Oder) Tel: +49 (0)335 5625 0 Fax +49 (0)335 5625 300 www.ihp-microelectronics.com

Prof. Dr.-Ing. Rolf Kraemer
Dr. Michael Methfessel

Das IHP ist ein Forschungsinstitut der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz (WGL), das sich auf die anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet mikroelektronischer Technologien und Materialien sowie den Entwurf und die prototypische Realisierung von Schaltungen und Systemen der drahtlosen und Breitband-Kommunikation fokussiert. Neben den Abteilungen "System Design" und "Circuit Design" verfügt das IHP über eine moderne SiGe BiCMOS Pilotlinie (Reinraum), in der die für das HOMEPLANE Projekt geplanten Chips hergestellt werden sollen.

Das IHP hat sich in den vergangenen Jahren intensiv mit drahtlosen Kommunikationssystemen befasst. Für WLAN Systeme in den Frequenzbändern 2.4 GHz und 5 GHz wurden hochintegrierte Transceiver (Analog Front Ends) entworfen, gefertigt und charakterisiert. Gegenwärtig wird u.a. an einem Transceiver für 60 GHz gearbeitet. Für die Standards IEEE 802.11a und 802.15.3 sind Basisband-Prozessoren verfügbar bzw. in der Entwicklung. Für diese Standards sowie für HIPERLAN/2 wurden die jeweiligen Medium Access Control (MAC) Protokolle als SDL Simulationsmodell und als Realzeit-Implementierung auf unterschiedlichen Hardware-Platformen realisiert. Auf dem Gebiet höherer OSI-Schichten gibt es zahlreiche Aktivitäten, u.a. zu Sicherheitsaspekten in drahtlosen Netzen (spezielle Chips für Verschlüsselungsalgorithmen, Micropayment) und für Wireless Internet.

Besonders weit vorangeschritten sind die Arbeiten für auf dem WLAN-Standard IEEE 802.11a basierende Systeme. Das MAC-Protokoll 802.11 (ohne Extensions) liegt vollständig als SDL Simulationsmodell vor. Dies Modell ist Grundlage der Realzeit-Implementierung auf der Basis eines MIPS Prozessors. Zur Erhöhung der Energieeffizienz wurden für die zeitkritischen Teile des IEEE 802.11a MAC-Protokolls dedizierte Hardware-Akzeleratoren entwickelt, die mit einem MIPS Prozessor-Kern auf einem Chip integriert sind. Dieser Schaltkreis realisiert die gesamte IEEE 802.11a MAC Funktionalität mit einer Taktfrequenz von nur 80 MHz und benötigt lediglich den Speicher (RAM und Flash) als externe Komponenten. Als Interface zum Host Computer steht wahlweise CardBus oder PCMCIA zur Verfügung.

Ebenfalls wurde ein kompletter OFDM Basisband Prozessor für IEEE 802.11a entwickelt. Diese Schaltung beruht auf einer Datenpfad-Architektur, welche je nach Anwendung konfiguriert werden kann. Damit kann die Taktrate auf 80 MHz begrenzt werden. Simulationsmodelle sowohl in MATLAB als auch in SPW (Signal Processing Worksystem, Cadence) dienen der Entwicklung und Verifikation der notwendigen Algorithmen. Der komplette Basisbandprozessor einschließlich Kanalschätzung und Synchronisation wurde auf einem Chip integriert.

Im IHP wurden alle Schaltungs-Komponenten für ein 5 GHz Analog Front End entwickelt. Diese Komponenten sowie ein kompletter voll integrierter 5 GHz Transceiver wurden in der IHP-internen 0,25μ SiGe:C BiCMOS Technologie gefertigt und charakterisiert. Zusammen verfügt das IHP über einen Chipset, welcher ein komplettes Modem für den 802.11a WLAN Standard implementiert. Für die Zukunft ist geplant, die gesamte 802.11 Funktionalität auf einem einzigen single-chip Modem zu integrieren.