Новый чипсет со скоростью 640 Гбит/с прокладывает путь для беспроводных систем следующего поколения

Прочитано: 42 раз(а)


Новый набор микросхем CMOS-чипсета D-диапазона с полосой пропускания сигнальной цепи 56 ГГц обеспечивает максимальную скорость передачи данных 640 Гбит/с для беспроводного устройства, реализованного на интегральных схемах, как сообщили исследователи из Токийского технологического института и Национального института информационных и коммуникационных технологий. Предлагаемый чипсет весьма перспективен для беспроводных систем следующего поколения.

Чтобы достичь более высоких скоростей и справиться с растущим трафиком данных, беспроводные системы работают в более высоких диапазонах частот миллиметрового диапазона . Современные широкополосные системы 5G обеспечивают скорость до 10 Гбит/с и работают в диапазонах частот 24–47 ГГц. Следующее поколение систем мобильной связи осваивает еще более высокие частотные диапазоны.

Ожидается, что в этом спектре D-диапазон, охватывающий частоты от 110 до 170 ГГц, сыграет решающую роль в разработке беспроводных систем следующего поколения. Хотя высокие частоты обеспечивают более высокую скорость передачи данных, они подвержены затуханию. Поэтому для широкого внедрения беспроводных систем следующего поколения решающее значение имеют экономичные передатчики и приемники, способные поддерживать уровень сигнала.

Недавно профессор Кеничи Окада и его команда из Токийского технологического института в сотрудничестве с Национальным институтом информационных и коммуникационных технологий (NICT), Япония, разработали новый набор микросхем трансивера для D-диапазона. Этот набор микросхем изготовлен с использованием широко используемого 65-нм кремниевого дополнительного процесса металл-оксид-полупроводник (КМОП), что делает его экономически эффективным для массового производства.

Результаты исследования будут представлены на симпозиуме IEEE 2024 года по технологиям и схемам СБИС , который пройдет 16–20 июня в Гонолулу, США.

Окада сказал: «Примечательно, что самая высокая в мире скорость беспроводной передачи данных — 640 Гбит/с — достигается с использованием недорогой технологии CMOS».

В этой работе представлен набор микросхем КМОП-приемопередатчика D-диапазона (114–170 ГГц), охватывающий полосу пропускания сигнальной цепи 56 ГГц. В трансивере с размером чипа 1,87 x 3,30 мм для интегральной схемы (ИС) передатчика и 1,65 x 2,60 мм для ИС приемника используются компоненты, предназначенные для поддержания скорости и качества сигнала в широком диапазоне частот.

К ним относятся усилители мощности для повышения сигналов до подходящего уровня, малошумящие усилители для повышения мощности сигнала при минимизации шума, преобразователи частоты (смесители) для настройки сигналов в желаемом диапазоне частот, распределенные усилители для обеспечения линейности и умножители частоты для учетверения частоты.

Чтобы оценить возможности беспроводной передачи, исследователи установили чипсет на печатную плату и подключили его к внешней антенне с коэффициентом усиления 25 дБи. Сигнал был преобразован из формата линии передачи, обычно используемого на печатных платах, в формат волновода, используемый для передачи высокочастотного сигнала в беспроводных приложениях, при этом потери преобразования сохранялись на уровне 4 дБ.

С помощью нового набора микросхем исследователи достигли высокой линейности для многоуровневых схем модуляции, таких как 16QAM и 32QAM (QAM: квадратурная амплитудная модуляция), решая серьезную проблему для IC-трансиверов.

При тестировании с модулированным сигналом со скоростью передачи символов 40 Гбод и модуляцией 32QAM на расстоянии 36 см система достигла скорости передачи 200 Гбит/с с высокой точностью модуляции, с коэффициентом ошибок по битам менее 10 -3 . Кроме того, используя модуляцию 16QAM и антенну с высоким коэффициентом усиления (усиление 43 дБи), исследователи смогли достичь скорости 120 Гбит/с на расстоянии 15 м.

Производительность чипсета была еще более впечатляющей в конфигурации с несколькими входами и несколькими выходами с четырьмя передатчиками и четырьмя модулями приемников. Здесь каждая антенна может обрабатывать свой собственный поток данных, обеспечивая быструю связь. Используя модуляцию 16QAM, каждый канал достиг скорости 160 Гбит/с. В целом это привело к общей скорости 640 Гбит/с.

Эти скорости представляют собой значительный скачок: они в 10–100 раз быстрее, чем нынешние системы 5G. Окада заключает: «Предлагаемый набор микросхем обещает стать следующим поколением беспроводных систем для поддержки автоматизированных автомобилей, телемедицины и передовых возможностей виртуальной реальности».

Разрабатываются аналоговые чипсеты следующего поколения для приложений ИИ



Новости партнеров