Ученые разработали новый приемопередатчик с быстрой коммутацией луча
Ученые из Токийского института Технологии (Tokyo Tech) и NEC объявили о совместной разработке приемопередатчика с фазированной решеткой 28 ГГц, который поддерживает эффективную и надежную связь 5G.
По словам команды, проводившей исследование, предлагаемый трансивер может превзойти предыдущие разработки по различным параметрам за счет адаптации механизма быстрого переключения луча и подавления утечки.
Появление новых «умных» технологий стимулирует использование диапазонов миллиметровых волн, которые имеют гораздо более широкую полосу пропускания сигнала, а 5G может предлагать скорости передачи данных более 10 Гбит / с за счет использования этих миллиметровых волн и множественных волн. out (MIMO) технология.
Приемопередатчики с крупномасштабными фазированными решетками имеют решающее значение для реализации этих систем MIMO, но они сталкиваются с рядом проблем, таких как повышенное рассеивание мощности и затраты на внедрение. Одна из таких критических проблем - задержка, вызванная временем переключения луча. Переключение луча - важная функция, позволяющая выбрать наиболее оптимальный луч для каждого терминала.
Ученые из Токийского технологического института и NEC разработали приемопередатчик с фазированной решеткой, работающий на частоте 28 ГГц, который поддерживает быстрое переключение лучей и высокоскоростную передачу данных. Их выводы будут обсуждены на симпозиуме 2021 года по технологиям и схемам СБИС, международной конференции, посвященной новым тенденциям и инновационным концепциям в Полупроводниковое технологии и схемы.
Предлагаемая конструкция обеспечивает работу с двойной поляризацией, при которой данные передаются одновременно с помощью волн с горизонтальной и вертикальной поляризацией. Однако на эти системы может влиять просачивание кросс-поляризации, что приводит к ухудшению сигнала, особенно в миллиметровом диапазоне.
По словам профессора Кеничи Окада, возглавлявшего исследовательскую группу, «мы смогли разработать методологию обнаружения и отмены кросс-поляризации, которая могла бы подавить утечки как в режиме передачи, так и в режиме приема».
Важной особенностью предложенного механизма является возможность переключения луча с малой задержкой и высокой точности управления лучом. Статические элементы управляют строительными блоками механизма, а встроенная SRAM используется для хранения настроек для различных лучей. Этот механизм приводит к быстрому переключению луча с достижением сверхмалой задержки. Он также обеспечивает быстрое переключение между режимами передачи и приема за счет использования отдельных регистров для каждого режима.
Еще одним важным аспектом предлагаемого трансивера является его невысокая стоимость и небольшие габариты. Приемопередатчик имеет двунаправленную архитектуру, что позволяет использовать кристалл меньшего размера - 5 × 4.5 мм2. В общей сложности из 256 настроек диаграммы направленности, хранящихся во встроенной SRAM, время переключения луча составляло всего 4 наносекунды. Величина вектора ошибки (EVM), которая является мерой для количественной оценки эффективности сигналов с цифровой модуляцией, таких как квадратурная амплитудная модуляция (QAM), была рассчитана для предлагаемого приемопередатчика. Приемопередатчик поддерживался с EVM 5.5% в 64QAM и 3.5% в 256QAM.
Вверху: предлагаемый приемопередатчик с фазированной решеткой изготовлен с использованием 65-нм КМОП-процесса и упакован в пакет для масштабирования кристалла на уровне пластины. Его размер составляет всего 5 × 4.5 мм.
По сравнению с современными трансиверами с фазированной решеткой 5G, система имеет более быстрое время переключения луча и значительно улучшенную эффективность MIMO.
Окада сказал, что с оптимизмом смотрит в будущее приемопередатчика с фазированной антенной решеткой 28G с частотой 5 ГГц, комментируя: «Технология, которую мы разработали для сети 5G NR, поддерживает потоковую передачу больших объемов данных с низкой задержкой. Благодаря возможности быстрого переключения луча его можно использовать в сценариях, где требуется улучшенное многопользовательское восприятие. Это устройство закладывает основу для множества приложений, включая подключение машин и строительство умных городов и заводов ».