Cientistas desenvolvem novo transceptor de comutação de feixe rápido

Cientistas do Instituto de Tóquio de Equipar (Tokyo Tech) e a NEC anunciaram que desenvolveram em conjunto um transceptor phased array de 28 GHz que suporta comunicações 5G eficientes e confiáveis.

De acordo com a equipe por trás da pesquisa, o transceptor proposto é capaz de superar os projetos anteriores em vários aspectos, adaptando a comutação rápida do feixe e o mecanismo de cancelamento de vazamento.

O surgimento de novas tecnologias 'inteligentes' está estimulando o uso de bandas de ondas milimétricas, que têm muito mais largura de banda de sinal e 5G podem oferecer taxas de dados acima de 10 Gbit / s através do uso dessas ondas mm e múltiplas em múltiplas tecnologia de saída (MIMO).

Transceptores phased array em grande escala são cruciais para a implementação desses sistemas MIMO, mas eles enfrentam vários desafios, como maior dissipação de energia e custos de implementação. Um desses desafios críticos é a latência, que é causada pelo tempo de comutação do feixe. A comutação de feixe é um recurso importante que permite a seleção do feixe mais adequado para cada terminal.

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio e da NEC desenvolveram um transceptor phased array de 28 GHz que suporta comutação rápida de feixe e comunicação de dados em alta velocidade. Suas descobertas serão discutidas no Simpósio 2021 sobre Tecnologia e Circuitos VLSI, uma conferência internacional que explora tendências emergentes e conceitos inovadores em Semicondutores tecnologia e circuitos.

O projeto proposto facilita a operação dual-polarizada, na qual os dados são transmitidos simultaneamente através de ondas polarizadas horizontal e vertical. No entanto, esses sistemas podem ser afetados por vazamento de polarização cruzada, o que resulta na degradação do sinal, especialmente na banda da onda mm.

De acordo com o Prof. Kenichi Okada, que liderou a equipe de pesquisa, “Fomos capazes de desenvolver uma metodologia de detecção e cancelamento de polarização cruzada, que poderia suprimir os vazamentos tanto no modo de transmissão quanto de recepção”.

Uma característica crítica do mecanismo proposto é a capacidade de obter comutação de feixe de baixa latência e controle de feixe de alta precisão. Os elementos estáticos controlam os blocos de construção do mecanismo, enquanto a SRAM no chip é usada para armazenar as configurações para diferentes feixes. Esse mecanismo leva a uma comutação rápida do feixe com latência ultrabaixa. Ele também permite a comutação rápida nos modos de transmissão e recepção devido ao uso de registros separados para cada modo.

Outro aspecto importante do transceptor proposto é seu baixo custo e tamanho pequeno. O transceptor tem uma arquitetura bidirecional, o que permite um tamanho de chip menor de 5 × 4.5 mm2. Para um total de 256 configurações de feixe padrão armazenadas na SRAM on-chip, um tempo de comutação de feixe de apenas 4 nanossegundos foi alcançado. A magnitude do vetor de erro (EVM), que é uma medida para quantificar a eficiência de sinais modulados digitalmente, como a modulação de amplitude em quadratura (QAM), foi calculada para o transceptor proposto. O transceptor era compatível com EVMs de 5.5% em 64QAM e 3.5% em 256QAM.

Acima: o transceptor phased array proposto é fabricado usando um processo CMOS de 65 nm e empacotado com pacote em escala de chip de nível de wafer. Ele é configurado em uma área de 5 × 4.5 mm.

Quando comparado com transceptores phased array 5G de última geração, o sistema tem um tempo de comutação de feixe mais rápido e eficiência MIMO muito melhorada.

Okada disse que estava otimista sobre o futuro do transceptor phased array 28G de 5 GHz, comentando: “A tecnologia que desenvolvemos para a rede 5G NR suporta streaming de dados de alto volume com baixa latência. Graças aos seus recursos de troca rápida de feixe, ele pode ser usado em cenários onde a percepção multiusuário aprimorada é necessária. Este dispositivo prepara o terreno para uma infinidade de aplicações, incluindo conectividade de máquinas e a construção de cidades e fábricas inteligentes. ”