Các nhà khoa học phát triển bộ thu phát chuyển mạch chùm tia nhanh mới
Các nhà khoa học thuộc Viện Tokyo Công nghệ (Tokyo Tech) và NEC vừa thông báo rằng họ đã cùng phát triển bộ thu phát mảng pha 28 GHz hỗ trợ liên lạc 5G hiệu quả và đáng tin cậy.
Theo nhóm nghiên cứu, bộ thu phát được đề xuất có thể hoạt động tốt hơn các thiết kế trước đây về nhiều mặt bằng cách thích ứng với cơ chế chuyển đổi chùm tia nhanh và loại bỏ rò rỉ.
Sự xuất hiện của các công nghệ 'thông minh' mới đang kích thích việc sử dụng các dải sóng milimet, có băng thông tín hiệu lớn hơn và 5G có thể cung cấp tốc độ dữ liệu trên 10 Gbit / s thông qua việc sử dụng các sóng mm này và đa trong nhiều kênh công nghệ ra (MIMO).
Các bộ thu phát mảng pha quy mô lớn rất quan trọng đối với việc triển khai các hệ thống MIMO này, nhưng chúng phải đối mặt với một số thách thức như chi phí triển khai và tiêu tán điện tăng lên. Một thách thức quan trọng như vậy là độ trễ do thời gian chuyển đổi chùm tia gây ra. Chuyển mạch chùm tia là một tính năng quan trọng cho phép lựa chọn chùm tia tối ưu nhất cho mỗi thiết bị đầu cuối.
Các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Tokyo và NEC đã phát triển một bộ thu phát mảng pha 28 GHz hỗ trợ chuyển mạch chùm nhanh và truyền dữ liệu tốc độ cao. Phát hiện của họ sẽ được thảo luận tại Hội nghị chuyên đề về Công nghệ và Mạch VLSI năm 2021, một hội nghị quốc tế khám phá các xu hướng mới nổi và các khái niệm đổi mới trong Semiconductor công nghệ và mạch.
Thiết kế được đề xuất tạo điều kiện cho hoạt động phân cực kép, trong đó dữ liệu được truyền đồng thời qua các sóng phân cực ngang và phân cực dọc. Tuy nhiên, các hệ thống này có thể bị ảnh hưởng bởi rò rỉ phân cực chéo, dẫn đến suy giảm tín hiệu, đặc biệt là ở dải sóng mm.
Theo Giáo sư Kenichi Okada, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, “Chúng tôi đã có thể đưa ra một phương pháp phát hiện và loại bỏ phân cực chéo, có thể ngăn chặn sự rò rỉ ở cả chế độ truyền và nhận.”
Một tính năng quan trọng của cơ chế được đề xuất là khả năng đạt được chuyển đổi chùm tia có độ trễ thấp và điều khiển chùm tia có độ chính xác cao. Các phần tử tĩnh kiểm soát các khối xây dựng của cơ chế, trong khi SRAM trên chip được sử dụng để lưu trữ các cài đặt cho các chùm khác nhau. Cơ chế này dẫn đến chuyển đổi chùm tia nhanh chóng với độ trễ cực thấp đạt được. Nó cũng cho phép chuyển đổi nhanh chóng trong các chế độ truyền và nhận do sử dụng các thanh ghi riêng biệt cho từng chế độ.
Một khía cạnh quan trọng khác của bộ thu phát được đề xuất là chi phí thấp và kích thước nhỏ. Bộ thu phát có kiến trúc hai hướng, cho phép kích thước chip nhỏ hơn là 5 × 4.5 mm2. Đối với tổng số 256 cài đặt chùm tia mẫu được lưu trữ trong SRAM trên chip, thời gian chuyển đổi chùm tia chỉ 4 nano giây đã đạt được. Độ lớn vectơ lỗi (EVM), là thước đo để định lượng hiệu quả của các tín hiệu được điều chế kỹ thuật số như điều chế biên độ cầu phương (QAM), đã được tính toán cho bộ thu phát được đề xuất. Bộ thu phát được hỗ trợ với EVM là 5.5% trong 64QAM và 3.5% trong 256QAM.
Trên đây: bộ thu phát mảng pha được đề xuất được chế tạo bằng quy trình CMOS 65 nm và được đóng gói với gói quy mô chip cấp wafer. Nó được cấu hình trong một khu vực nhỏ tới 5 × 4.5 mm.
Khi so sánh với các bộ thu phát mảng pha 5G hiện đại, hệ thống có thời gian chuyển đổi chùm tia nhanh hơn và hiệu quả MIMO được cải thiện nhiều.
Okada nói rằng ông rất lạc quan về tương lai của bộ thu phát mảng pha 28G 5 GHz, nhận xét: “Công nghệ chúng tôi phát triển cho mạng 5G NR hỗ trợ truyền dữ liệu khối lượng lớn với độ trễ thấp. Nhờ khả năng chuyển đổi chùm tia nhanh chóng, nó có thể được sử dụng trong các tình huống cần nâng cao nhận thức của nhiều người dùng. Thiết bị này tạo tiền đề cho vô số ứng dụng, bao gồm kết nối máy móc và xây dựng các thành phố và nhà máy thông minh ”.