Gli scienziati sviluppano un nuovo ricetrasmettitore a commutazione rapida
Scienziati dell'Istituto di Tokyo Tecnologia (Tokyo Tech) e NEC hanno annunciato di aver sviluppato congiuntamente un ricetrasmettitorephased-array da 28 GHz che supporta comunicazioni 5G efficienti e affidabili.
Secondo il team dietro la ricerca, il ricetrasmettitore proposto è in grado di superare i progetti precedenti sotto vari aspetti adattando la commutazione rapida del raggio e il meccanismo di cancellazione delle perdite.
L'emergere di nuove tecnologie "intelligenti" sta stimolando l'uso di bande di onde millimetriche, che hanno una larghezza di banda del segnale molto maggiore e il 5G può offrire velocità di trasmissione dati superiori a 10 Gbit/s attraverso l'uso di queste onde millimetriche e multiple-in-multiple- fuori (MIMO) tecnologia.
I ricetrasmettitori phased-array su larga scala sono fondamentali per l'implementazione di questi sistemi MIMO, ma devono affrontare diverse sfide come l'aumento della dissipazione di potenza e i costi di implementazione. Una di queste sfide critiche è la latenza causata dal tempo di commutazione del raggio. La commutazione del raggio è una caratteristica importante che consente la selezione del raggio ottimale per ciascun terminale.
Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology e del NEC hanno sviluppato un ricetrasmettitore phased-array a 28 GHz che supporta la commutazione rapida del raggio e la comunicazione dati ad alta velocità. I loro risultati saranno discussi ai Simposi del 2021 su VLSI Technology and Circuits, una conferenza internazionale che esplora le tendenze emergenti e i concetti innovativi in Semiconduttore tecnologia e circuiti.
Il design proposto facilita il funzionamento a doppia polarizzazione, in cui i dati vengono trasmessi simultaneamente attraverso onde polarizzate orizzontali e verticali. Tuttavia, questi sistemi possono essere influenzati dalla dispersione della polarizzazione incrociata, che si traduce in una degradazione del segnale, specialmente nella banda delle onde mm.
Secondo il prof. Kenichi Okada, che ha guidato il team di ricerca, "Siamo stati in grado di ideare una metodologia di rilevamento e cancellazione della polarizzazione incrociata, che potrebbe sopprimere le perdite sia in modalità di trasmissione che di ricezione".
Una caratteristica fondamentale del meccanismo proposto è la capacità di ottenere una commutazione del raggio a bassa latenza e un controllo del raggio ad alta precisione. Gli elementi statici controllano gli elementi costitutivi del meccanismo, mentre la SRAM su chip viene utilizzata per memorizzare le impostazioni per i diversi raggi. Questo meccanismo porta alla commutazione rapida del raggio con il raggiungimento di una latenza ultra bassa. Consente inoltre una rapida commutazione in modalità di trasmissione e ricezione grazie all'utilizzo di registri separati per ciascuna modalità.
Un altro aspetto importante del ricetrasmettitore proposto è il suo basso costo e le ridotte dimensioni. Il ricetrasmettitore ha un'architettura bidirezionale, che consente una dimensione del chip più piccola di 5 × 4.5 mm2. Per un totale di 256 configurazioni del raggio memorizzate all'interno della SRAM su chip, è stato raggiunto un tempo di commutazione del raggio di soli 4 nanosecondi. L'ampiezza del vettore di errore (EVM), che è una misura per quantificare l'efficienza dei segnali modulati digitalmente come la modulazione di ampiezza in quadratura (QAM), è stata calcolata per il ricetrasmettitore proposto. Il ricetrasmettitore è stato supportato con EVM del 5.5% in 64QAM e del 3.5% in 256QAM.
Sopra: il ricetrasmettitore phased-array proposto è fabbricato utilizzando un processo CMOS a 65 nm e confezionato con un pacchetto a livello di chip a livello di wafer. È configurato in un'area di appena 5 × 4.5 mm.
Rispetto ai ricetrasmettitori phased-array 5G all'avanguardia, il sistema ha un tempo di commutazione del raggio più rapido e un'efficienza MIMO notevolmente migliorata.
Okada si è detto ottimista sul futuro del ricetrasmettitore phased-array 28G a 5 GHz, commentando: "La tecnologia che abbiamo sviluppato per la rete 5G NR supporta lo streaming di dati ad alto volume con bassa latenza. Grazie alle sue capacità di commutazione rapida del raggio, può essere utilizzato in scenari in cui è richiesta una migliore percezione multiutente. Questo dispositivo pone le basi per una miriade di applicazioni, tra cui la connettività delle macchine e la costruzione di città e fabbriche intelligenti".