科学者は新しい高速ビームスイッチングトランシーバーを開発します

東京大学の科学者テクノロジー東京工業大学とNECは、効率的かつ信頼性の高い28G通信をサポートする5GHzフェーズドアレイトランシーバを共同開発したと発表した。

研究の背後にあるチームによると、提案されたトランシーバーは、高速ビームスイッチングとリークキャンセルメカニズムを採用することにより、さまざまな点で以前の設計を上回ることができます。

新しい「スマート」テクノロジーの出現により、ミリ波帯域の使用が促進されています。ミリ波帯域ははるかに広い信号帯域幅を備えており、5Gは、これらのミリ波とMIMOを使用することで、10 Gbit / sを超えるデータレートを提供できます。アウト（MIMO）テクノロジー.

大規模なフェーズドアレイトランシーバーは、これらのMIMOシステムの実装に不可欠ですが、消費電力の増加や実装コストなど、いくつかの課題に直面しています。そのような重要な課題のXNUMXつは、ビームスイッチング時間によって引き起こされる遅延です。ビームスイッチングは、各端子に最適なビームを選択できるようにする重要な機能です。

東京工業大学とNECの科学者たちは、高速ビームスイッチングと高速データ通信をサポートする28GHzフェーズドアレイトランシーバーを開発しました。彼らの調査結果は、2021年のVLSI技術と回路に関するシンポジウムで議論されます。これは、半導体技術と回路。

提案された設計は、データが水平偏波と垂直偏波を介して同時に送信される二重偏波動作を容易にします。ただし、これらのシステムは交差偏波リークの影響を受ける可能性があり、その結果、特にミリ波帯で信号が劣化します。

研究チームを率いた岡田健一教授は、「送信モードと受信モードの両方で漏れを抑えることができる交差偏波の検出とキャンセルの方法論を考案することができました」と述べています。

提案されたメカニズムの重要な特徴のXNUMXつは、低遅延のビームスイッチングと高精度のビーム制御を実現する機能です。静的要素はメカニズムの構成要素を制御し、オンチップSRAMはさまざまなビームの設定を保存するために使用されます。このメカニズムにより、高速ビームスイッチングが実現し、超低遅延が実現します。また、モードごとに個別のレジスタを使用するため、送信モードと受信モードでの高速切り替えが可能です。

提案されたトランシーバーの別の重要な側面は、その低コストと小型サイズです。トランシーバーは双方向アーキテクチャーを備えているため、5×4.5mm2の小さなチップサイズが可能です。オンチップSRAM内に保存された合計256パターンのビーム設定で、わずか4ナノ秒のビームスイッチング時間が達成されました。提案されたトランシーバーについて、直交振幅変調（QAM）などのデジタル変調信号の効率を定量化するための尺度であるエラーベクトルマグニチュード（EVM）が計算されました。トランシーバーは、5.5QAMで64％、3.5QAMで256％のEVMでサポートされていました。

上：提案されたフェーズドアレイトランシーバーは、65 nm CMOSプロセスを使用して製造され、ウェーハレベルのチップスケールパッケージでパッケージ化されています。 5×4.5mmの小さな領域に構成されています。

最先端の5Gフェーズドアレイトランシーバーと比較すると、システムのビームスイッチング時間は速く、MIMO効率は大幅に向上しています。

岡田氏は、28 GHz 5Gフェーズドアレイトランシーバーの将来について楽観的であると述べ、次のようにコメントしています。「5G NRネットワーク用に開発したテクノロジーは、低遅延で大量のデータストリーミングをサポートします。迅速なビーム切り替え機能のおかげで、マルチユーザーの知覚を強化する必要があるシナリオで使用できます。このデバイスは、機械の接続性やスマートシティや工場の建設など、無数のアプリケーションの準備を整えます。」