العلماء يطورون جهاز إرسال واستقبال جديد سريع التبديل

علماء من معهد طوكيو تكنولوجيا أعلنت شركة (Tokyo Tech) وشركة NEC عن تطويرهما بشكل مشترك لجهاز إرسال واستقبال بمصفوفة مرحلية بتردد 28 جيجا هرتز يدعم اتصالات 5G الفعالة والموثوقة.

وفقًا للفريق الذي يقف وراء البحث ، فإن جهاز الإرسال والاستقبال المقترح قادر على التفوق في الأداء على التصميمات السابقة في نواحٍ مختلفة من خلال تكييف آلية تبديل الشعاع السريع وإلغاء التسرب.

أدى ظهور تقنيات ذكية جديدة إلى تحفيز استخدام نطاقات الموجات المليمترية ، والتي تتمتع بنطاق ترددي أكبر للإشارة ، ويمكن لشبكة 5G أن تقدم معدلات بيانات تزيد عن 10 جيجابت / ثانية من خلال استخدام موجات mm وموجات متعددة في متعدد تقنية (MIMO).

تعد أجهزة الإرسال والاستقبال ذات الصفيف المرحلي واسعة النطاق ضرورية لتنفيذ أنظمة MIMO هذه ، لكنها تواجه العديد من التحديات مثل زيادة تبديد الطاقة وتكاليف التنفيذ. أحد هذه التحديات الحرجة هو زمن الوصول الناجم عن وقت تبديل الحزمة. يعد تبديل الشعاع ميزة مهمة تتيح اختيار أفضل حزمة لكل طرف.

طور علماء من معهد طوكيو للتكنولوجيا و NEC جهاز إرسال واستقبال ذو صفيف مرحلي بتردد 28 جيجاهرتز يدعم التبديل السريع للحزمة واتصالات البيانات عالية السرعة. ستتم مناقشة النتائج التي توصلوا إليها في ندوة 2021 حول تكنولوجيا VLSI والدوائر ، وهو مؤتمر دولي يستكشف الاتجاهات الناشئة والمفاهيم المبتكرة في أشباه الموصلات التكنولوجيا والدوائر.

يسهل التصميم المقترح عملية الاستقطاب المزدوج ، حيث يتم نقل البيانات في وقت واحد من خلال الموجات المستقطبة الأفقية والرأسية. ومع ذلك ، يمكن أن تتأثر هذه الأنظمة بالتسرب عبر الاستقطاب ، مما يؤدي إلى تدهور الإشارة ، خاصة في نطاق الموجة مم.

وفقًا للبروفيسور كينيتشي أوكادا ، الذي قاد فريق البحث ، "لقد تمكنا من ابتكار منهجية للكشف عن الاستقطاب المتقاطع والإلغاء ، والتي يمكن أن تمنع التسربات في وضعي الإرسال والاستقبال".

تتمثل إحدى الميزات المهمة للآلية المقترحة في القدرة على تحقيق تبديل شعاع منخفض الكمون والتحكم عالي الدقة في الحزمة. تتحكم العناصر الثابتة في اللبنات الأساسية للآلية ، بينما يتم استخدام SRAM على الرقاقة لتخزين الإعدادات لحزم مختلفة. تؤدي هذه الآلية إلى تبديل شعاع سريع مع تحقيق زمن انتقال منخفض للغاية. كما أنه يتيح التبديل السريع في أوضاع الإرسال والاستقبال بسبب استخدام سجلات منفصلة لكل وضع.

جانب آخر مهم من جهاز الإرسال والاستقبال المقترح هو تكلفته المنخفضة وصغر حجمه. يحتوي جهاز الإرسال والاستقبال على بنية ثنائية الاتجاه ، مما يسمح بحجم رقاقة أصغر يبلغ 5 × 4.5 مم 2. لمجموع إعدادات الحزمة ذات 256 نمطًا المخزنة داخل ذاكرة SRAM على الرقاقة ، تم تحقيق وقت تبديل الحزمة 4 نانو ثانية فقط. تم حساب حجم متجه الخطأ (EVM) ، وهو مقياس لتقدير كفاءة الإشارات المعدلة رقميًا مثل تعديل سعة التربيع (QAM) ، لجهاز الإرسال والاستقبال المقترح. تم دعم جهاز الإرسال والاستقبال بـ EVMs بنسبة 5.5٪ في 64QAM و 3.5٪ في 256QAM.

أعلاه: تم تصنيع جهاز الإرسال والاستقبال المقترح ذي الصفيف المرحلي باستخدام عملية CMOS 65 نانومتر ومعبأة مع حزمة على مستوى رقاقة على مستوى رقاقة. تم تكوينه في مساحة صغيرة تصل إلى 5 × 4.5 مم.

عند مقارنتها بأحدث أجهزة الإرسال والاستقبال ذات المصفوفة المرحلية 5G ، يتمتع النظام بوقت تبديل شعاع أسرع وكفاءة MIMO محسّنة بشكل كبير.

قال أوكادا إنه متفائل بشأن مستقبل جهاز الإرسال والاستقبال ذي الصفيف المرحلي بسرعة 28 جيجاهرتز ، وعلق قائلاً: "إن التكنولوجيا التي طورناها لشبكة 5G NR تدعم تدفق البيانات بكميات كبيرة مع زمن انتقال منخفض. بفضل إمكانيات تحويل الحزمة السريعة ، يمكن استخدامه في السيناريوهات التي تتطلب إدراكًا محسنًا لعدة مستخدمين. يمهد هذا الجهاز الطريق لعدد لا يحصى من التطبيقات ، بما في ذلك توصيل الآلات وبناء المدن والمصانع الذكية ".