Новый улучшенный многодиапазонный операционный приемник для радиосвязи 5G.
В новом исследовании исследователи Tokyo Tech разработали сверхширокополосный приемник, основанный на методе гармонического отбора для улучшения пропускной способности сетей 5G. В настоящее время во всем мире используются мобильные сети пятого поколения (5G) с частотами более 100 Гц. Чтобы не отставать от трафика данных в этих сетях, необходимы соответствующие приемники. В связи с этим предлагаемая технология может произвести революцию в мире связи нового поколения.
По мере разработки сетей связи следующего поколения должны развиваться и технологии, используемые для их развертывания. Диапазоны частот мобильной сети пятого поколения New Radio (5G NR) постоянно расширяются для повышения пропускной способности канала и скорости передачи данных. Поэтому для реализации межстандартной связи и применения во всем мире с использованием 5G NR необходима многодиапазонная совместимость.
В последнее время связь миллиметрового диапазона (ммВт) считается многообещающим кандидатом для управления постоянно растущим трафиком данных между большими устройствами в сетях 5G NR. За последние несколько лет многие исследования показали, что архитектура с фазированной решеткой улучшает качество сигнала для связи 5G NR на частотах миллиметрового диапазона.
К сожалению, для многодиапазонной работы требуется несколько микросхем, что увеличивает размер и сложность системы. Более того, работа в многодиапазонных режимах подвергает приемники воздействию меняющихся электромагнитных условий, что приводит к перекрестным помехам и помехам в сигналах с нежелательными эхосигналами.
Для решения этих проблем группа исследователей из Токийского технологического института (Tokyo Tech) в Японии разработала новый «метод выбора гармоник» для расширения рабочей полосы пропускания связи 5G NR. Исследование под руководством профессора Кеничи Окада было опубликовано в журнале IEEE Journal of Solid-State Circuits .
«По сравнению с обычными системами предлагаемая нами сеть работает с низким энергопотреблением . Кроме того, частотный охват делает ее совместимой со всеми существующими диапазонами 5G, а также с диапазоном 60 ГГц, выделенным в качестве следующего потенциально лицензируемого диапазона. Таким образом, наш приемник может быть ключ к использованию постоянно растущей пропускной способности 5G», — говорит профессор Окада.
Для изготовления предлагаемого двухканального многодиапазонного приемника с фазированной решеткой команда использовала 65-нм процесс CMOS. Размер чипа составил всего 3,2 мм x 1,4 мм, включая приемник с двумя каналами.
Команда использовала трехсторонний подход к решению проблем со связью 5G NR. Первый заключался в использовании метода выбора гармоник с использованием трехфазного гетеродина (LO) для управления смесителем. Этот метод уменьшил необходимый частотный диапазон гетеродина, в то же время позволяя выполнять многодиапазонное преобразование с понижением частоты.
Второй заключался в использовании двухрежимного многодиапазонного малошумящего усилителя (МШУ). Структура МШУ не только улучшила энергоэффективность и устойчивость междиапазонного блокиратора (уменьшив помехи от других диапазонов), но и обеспечила хороший баланс между производительностью схемы и площадью кристалла. Наконец, третьим элементом был приемник, в котором использовалась архитектура приемника Hartley для улучшения подавления изображений. Команда представила одноступенчатый полифазный фильтр гибридного типа (PPF) для выбора боковой полосы и калибровки подавления изображения.
Команда обнаружила, что предложенный метод превосходит другие современные многодиапазонные приемники. Метод селекции гармоник позволил работать в диапазоне (24,25–71) ГГц, показывая подавление межполосного блокирующего сигнала выше 36 дБ. Кроме того, мощность, потребляемая приемником , была низкой (36 мВт, 32 мВт, 51 мВт и 75 мВт на частотах 28 ГГц, 39 ГГц, 47,2 ГГц и 60,1 ГГц соответственно).
«Объединяя двухрежимный многодиапазонный МШУ с полифазным фильтром, устройство реализует подавление межполосных блокировщиков лучше, чем другие современные фильтры. Это означает, что для используемых в настоящее время диапазонов подавление лучше, чем 50 дБ и более 36 дБ для всего поддерживаемого рабочего диапазона (24–71) ГГц. С новыми полосами частот 5G на горизонте такие малошумящие широкополосные приемники окажутся полезными», — заключает профессор Окада.
