Wetenschappers ontwikkelen nieuwe transceiver met snelle bundelschakeling
Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technologie (Tokyo Tech) en NEC hebben aangekondigd dat ze gezamenlijk een 28-GHz phased-array-transceiver hebben ontwikkeld die efficiënte en betrouwbare 5G-communicatie ondersteunt.
Volgens het team achter het onderzoek is de voorgestelde transceiver in staat om in verschillende opzichten beter te presteren dan eerdere ontwerpen door snelle straalomschakeling en lekkage-annuleringsmechanisme aan te passen.
De opkomst van nieuwe 'slimme' technologieën stimuleert het gebruik van millimetergolfbanden, die veel meer signaalbandbreedte hebben en 5G datasnelheden van meer dan 10 Gbit/s kan bieden door het gebruik van deze mm-golven en multiple-in-multiple- out (MIMO) technologie.
Grootschalige phased-array transceivers zijn cruciaal voor de implementatie van deze MIMO-systemen, maar ze worden geconfronteerd met verschillende uitdagingen, zoals een grotere vermogensdissipatie en implementatiekosten. Een dergelijke kritische uitdaging is latentie die wordt veroorzaakt door de straalschakeltijd. De bundelomschakeling is een belangrijke functie die het mogelijk maakt de meest optimale bundel voor elke terminal te selecteren.
Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology en NEC hebben een 28-GHz phased-array transceiver ontwikkeld die snel schakelen tussen bundels en supersnelle datacommunicatie ondersteunt. Hun bevindingen zullen worden besproken op de 2021 Symposia on VLSI Technology and Circuits, een internationale conferentie die opkomende trends en innovatieve concepten in Halfgeleider technologie en circuits.
Het voorgestelde ontwerp maakt dual-gepolariseerde werking mogelijk, waarbij gegevens gelijktijdig worden verzonden via horizontale en verticaal-gepolariseerde golven. Deze systemen kunnen echter worden beïnvloed door cross-polarisatielekkage, wat resulteert in signaalverslechtering, vooral in de mm-golfband.
Volgens prof. Kenichi Okada, die het onderzoeksteam leidde: "We waren in staat om een cross-polarisatie detectie- en annuleringsmethodologie te bedenken, die de lekkages in zowel de zend- als de ontvangstmodus zou kunnen onderdrukken."
Een cruciaal kenmerk van het voorgestelde mechanisme is de mogelijkheid om bundelschakeling met lage latentie en zeer nauwkeurige bundelregeling te bereiken. Statische elementen besturen de bouwstenen van het mechanisme, terwijl SRAM op de chip wordt gebruikt om de instellingen voor verschillende bundels op te slaan. Dit mechanisme leidt tot snelle bundelwisseling met ultralage latentie. Het maakt ook snel schakelen in zend- en ontvangstmodi mogelijk dankzij het gebruik van afzonderlijke registers voor elke modus.
Een ander belangrijk aspect van de voorgestelde transceiver zijn de lage kosten en het kleine formaat. De transceiver heeft een bidirectionele architectuur, wat een kleinere chipgrootte van 5 × 4.5 mm2 mogelijk maakt. Voor een totaal van 256-patroonstraalinstellingen die zijn opgeslagen in de on-chip SRAM, werd een straalschakeltijd van slechts 4 nanoseconden bereikt. Error vector magnitude (EVM), wat een maat is om de efficiëntie van digitaal gemoduleerde signalen zoals quadrature amplitude modulation (QAM) te kwantificeren, werd berekend voor de voorgestelde transceiver. De transceiver werd ondersteund met EVM's van 5.5% in 64QAM en 3.5% in 256QAM.
Boven: de voorgestelde phased-array transceiver is gefabriceerd met behulp van een 65-nm CMOS-proces en verpakt met een chip-schaalpakket op waferniveau. Het is geconfigureerd in een gebied zo klein als 5 × 4.5 mm.
In vergelijking met state-of-the-art 5G phased-array transceivers, heeft het systeem een snellere straalschakeltijd en veel verbeterde MIMO-efficiëntie.
Okada zei dat hij optimistisch was over de toekomst van de 28-GHz 5G phased-array transceiver en merkte op: “De technologie die we hebben ontwikkeld voor het 5G NR-netwerk ondersteunt datastreaming met hoog volume en lage latentie. Dankzij de snelle straalschakelmogelijkheden kan het worden gebruikt in scenario's waar een verbeterde waarneming door meerdere gebruikers vereist is. Dit apparaat vormt de basis voor talloze toepassingen, waaronder machineconnectiviteit en de bouw van slimme steden en fabrieken.”