Wissenschaftler entwickeln neuen Transceiver mit schneller Strahlumschaltung
Wissenschaftler des Tokyo Institute of Technologie (Tokyo Tech) und NEC haben bekannt gegeben, dass sie gemeinsam einen 28-GHz-Phased-Array-Transceiver entwickelt haben, der effiziente und zuverlässige 5G-Kommunikation unterstützt.
Nach Angaben des Forschungsteams ist der vorgeschlagene Transceiver in der Lage, frühere Designs in verschiedener Hinsicht zu übertreffen, indem er die schnelle Strahlumschaltung und den Lecklöschmechanismus anpasst.
Das Aufkommen neuer „intelligenter“ Technologien stimuliert die Nutzung von Millimeterwellenbändern, die über eine weitaus größere Signalbandbreite verfügen und 5G durch die Verwendung dieser mm-Wellen und Multiple-in-Multiple Datenraten von über 10 Gbit/s bieten kann. out (MIMO)-Technologie.
Phased-Array-Transceiver im großen Maßstab sind für die Implementierung dieser MIMO-Systeme von entscheidender Bedeutung, aber sie stehen vor mehreren Herausforderungen wie einer erhöhten Verlustleistung und Implementierungskosten. Eine solche kritische Herausforderung ist die Latenz, die durch die Strahlumschaltzeit verursacht wird. Die Strahlumschaltung ist ein wichtiges Merkmal, das die Auswahl des optimalsten Strahls für jedes Terminal ermöglicht.
Wissenschaftler des Tokyo Institute of Technology und NEC haben einen 28-GHz-Phased-Array-Transceiver entwickelt, der schnelle Strahlumschaltung und Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation unterstützt. Ihre Ergebnisse werden auf den Symposien 2021 zu VLSI Technology and Circuits diskutiert, einer internationalen Konferenz, die aufkommende Trends und innovative Konzepte in Halbleiter Technik und Schaltungen.
Das vorgeschlagene Design ermöglicht einen dualpolarisierten Betrieb, bei dem Daten gleichzeitig durch horizontal und vertikal polarisierte Wellen übertragen werden. Diese Systeme können jedoch durch Kreuzpolarisationsverluste beeinträchtigt werden, was zu einer Signalverschlechterung, insbesondere im mm-Wellenband, führt.
Laut Prof. Kenichi Okada, der das Forschungsteam leitete, „konnten wir eine Methode zur Erkennung und Unterdrückung von Kreuzpolarisationen entwickeln, die die Lecks sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus unterdrücken kann.“
Ein kritisches Merkmal des vorgeschlagenen Mechanismus ist die Fähigkeit, eine Strahlumschaltung mit geringer Latenz und eine Strahlsteuerung mit hoher Genauigkeit zu erreichen. Statische Elemente steuern die Bausteine des Mechanismus, während On-Chip-SRAM verwendet wird, um die Einstellungen für verschiedene Strahlen zu speichern. Dieser Mechanismus führt zu einer schnellen Strahlumschaltung mit extrem niedriger Latenz. Es ermöglicht auch ein schnelles Umschalten im Sende- und Empfangsmodus aufgrund der Verwendung separater Register für jeden Modus.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des vorgeschlagenen Transceivers sind seine geringen Kosten und seine geringe Größe. Der Transceiver verfügt über eine bidirektionale Architektur, die eine kleinere Chipgröße von 5 × 4.5 mm2 ermöglicht. Für insgesamt 256 Musterstrahleinstellungen, die im On-Chip-SRAM gespeichert sind, wurde eine Strahlumschaltzeit von nur 4 Nanosekunden erreicht. Für den vorgeschlagenen Transceiver wurde die Error Vector Magnitude (EVM) berechnet, die ein Maß zur Quantifizierung der Effizienz von digital modulierten Signalen wie der Quadraturamplitudenmodulation (QAM) ist. Der Transceiver wurde mit EVMs von 5.5% in 64QAM und 3.5% in 256QAM unterstützt.
Oben: Der vorgeschlagene Phased-Array-Transceiver wird unter Verwendung eines 65-nm-CMOS-Prozesses hergestellt und mit einem Wafer-Level-Chip-Scale-Package verpackt. Es ist in einer Fläche von nur 5 × 4.5 mm konfiguriert.
Im Vergleich zu hochmodernen 5G-Phased-Array-Transceivern bietet das System eine schnellere Strahlumschaltzeit und eine deutlich verbesserte MIMO-Effizienz.
Okada zeigte sich optimistisch in Bezug auf die Zukunft des 28-GHz-5G-Phased-Array-Transceivers und kommentierte: „Die Technologie, die wir für das 5G-NR-Netzwerk entwickelt haben, unterstützt hochvolumiges Datenstreaming mit geringer Latenz. Dank seiner schnellen Strahlumschaltfähigkeit kann es in Szenarien verwendet werden, in denen eine verbesserte Mehrbenutzerwahrnehmung erforderlich ist. Dieses Gerät bereitet die Bühne für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter die Vernetzung von Maschinen und den Bau intelligenter Städte und Fabriken.“