Des scientifiques développent un nouvel émetteur-récepteur à commutation de faisceau rapide
Des scientifiques de l'Institut de Tokyo de Technologie (Tokyo Tech) et NEC ont annoncé avoir développé conjointement un émetteur-récepteur à réseau phasé de 28 GHz qui prend en charge des communications 5G efficaces et fiables.
Selon l'équipe à l'origine de la recherche, l'émetteur-récepteur proposé est capable de surpasser les conceptions précédentes à divers égards en adaptant le mécanisme de commutation de faisceau rapide et d'annulation de fuite.
L'émergence de nouvelles technologies « intelligentes » stimule l'utilisation des bandes d'ondes millimétriques, qui ont une bande passante de signal beaucoup plus large et la 5G peut offrir des débits de données supérieurs à 10 Gbit/s grâce à l'utilisation de ces ondes mm et de la multiplication par technologie de sortie (MIMO).
Les émetteurs-récepteurs multiéléments à grande échelle sont cruciaux pour la mise en œuvre de ces systèmes MIMO, mais ils sont confrontés à plusieurs défis tels que l'augmentation de la dissipation de puissance et des coûts de mise en œuvre. L'un de ces défis critiques est la latence qui est causée par le temps de commutation du faisceau. La commutation de faisceau est une caractéristique importante qui permet de sélectionner le faisceau le plus optimal pour chaque terminal.
Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo et de NEC ont développé un émetteur-récepteur à réseau phasé à 28 GHz qui prend en charge la commutation rapide des faisceaux et la communication de données à grande vitesse. Leurs conclusions seront discutées lors des symposiums 2021 sur la technologie et les circuits VLSI, une conférence internationale qui explore les tendances émergentes et les concepts innovants dans Semi-conducteurs technologie et circuits.
La conception proposée facilite le fonctionnement à double polarisation, dans lequel les données sont transmises simultanément par des ondes à polarisation horizontale et verticale. Cependant, ces systèmes peuvent être affectés par des fuites de polarisation croisée, ce qui entraîne une dégradation du signal, en particulier dans la bande des ondes mm.
Selon le professeur Kenichi Okada, qui a dirigé l'équipe de recherche, « nous avons pu concevoir une méthodologie de détection et d'annulation de polarisation croisée, qui pourrait supprimer les fuites en mode émission et réception. »
Une caractéristique essentielle du mécanisme proposé est la possibilité d'obtenir une commutation de faisceau à faible latence et un contrôle de faisceau de haute précision. Les éléments statiques contrôlent les blocs de construction du mécanisme, tandis que la SRAM sur puce est utilisée pour stocker les paramètres des différents faisceaux. Ce mécanisme permet d'obtenir une commutation de faisceau rapide avec une latence ultra-faible. Il permet également une commutation rapide dans les modes d'émission et de réception grâce à l'utilisation de registres séparés pour chaque mode.
Un autre aspect important de l'émetteur-récepteur proposé est son faible coût et sa petite taille. L'émetteur-récepteur a une architecture bidirectionnelle, ce qui permet une taille de puce plus petite de 5 × 4.5 mm2. Pour un total de 256 paramètres de faisceaux stockés dans la SRAM sur puce, un temps de commutation de faisceau de seulement 4 nanosecondes a été atteint. La magnitude du vecteur d'erreur (EVM), qui est une mesure pour quantifier l'efficacité des signaux modulés numériquement tels que la modulation d'amplitude en quadrature (QAM), a été calculée pour l'émetteur-récepteur proposé. L'émetteur-récepteur était pris en charge avec des EVM de 5.5% en 64QAM et 3.5% en 256QAM.
Ci-dessus : l'émetteur-récepteur à matrice de phases proposé est fabriqué à l'aide d'un processus CMOS 65 nm et emballé avec un boîtier à l'échelle de la puce au niveau de la tranche. Il est configuré dans une zone aussi petite que 5 × 4.5 mm.
Par rapport aux émetteurs-récepteurs à réseau phasé 5G de pointe, le système a un temps de commutation de faisceau plus rapide et une efficacité MIMO bien améliorée.
Okada a déclaré qu'il était optimiste quant à l'avenir de l'émetteur-récepteur à réseau phasé 28G à 5 GHz, commentant: «La technologie que nous avons développée pour le réseau 5G NR prend en charge le streaming de données à haut volume avec une faible latence. Grâce à ses capacités de commutation de faisceau rapide, il peut être utilisé dans des scénarios où une perception multi-utilisateurs améliorée est requise. Cet appareil ouvre la voie à une myriade d'applications, notamment la connectivité des machines et la construction de villes et d'usines intelligentes. »