ПОДЕЛИТЬСЯ
мобильные сети / mobile network / 3G / 4G / 5G / 6G
Фото: Bağlantı Noktası Dergisi

Группа исследователей разработала микросхему беспроводного приёмопередатчика (трансивера), позволяющую передавать сигналы на частотах выше 100 ГГц с меньшими затратами и потреблением энергии, чем это свойственно существующим системам. Упомянутые частоты – намного выше тех, которые рассматриваются для использования в системах сотовой связи стандарта 5G, что заслуживает того, чтобы описать данные устройства, как устройства, работающие в более высоком, чем 5G, стандарте.

Исследователи ставят перед собой намного более амбициозные цели, чем просто выход за рамки 5G; они желают создать технологический путь, который позволит беспроводным системам конкурировать с оптико-волоконными сетями.

Команда учёных из Лаборатории наноразмерных интегральных микросхем (NCIC) при Калифорнийском университете в Ирвине (UCI) разработала микросхему размером 4,4 кв. мм, способную обрабатывать цифровые сигналы намного быстрее и с большей энергоэффективностью, чем это делают микросхемы, доступные сегодня. Это становится возможным благодаря использованию уникальной цифро-аналоговой архитектуры, которая значительно смягчает требования к цифровой обработке, модулируя цифровые биты в аналоговой и радиочастотной сферах. По словам исследователей, благодаря использованию данного подхода им удалось преодолеть ограничения Закона Мура.

Они изготовили прототип одноканального приёмника диапазона 115-135 ГГц с процессом 55-нм BiCMOS. Во время замеров была зафиксирована скорость беспроводной передачи данных на уровне 36 Гбит/сек на расстояние в 30 сантиметров. На стороне приёмника сигнал демодулировался на кристалле с частотой битовых ошибок (BER) в 1e-6. Зафиксированная чувствительность приёмника на этом уровне BER составила -41,28 дБм. Размер рабочей модели – 2,5 x 3,5 мм2, включая площадки и испытательные цепи (активная площадь 2,5 мм2). Потребляемая мощность 200,25 мВт постоянного тока. Максимальный коэффициент преобразования составил 32 дБ, а минимальный коэффициент шума – 10,3 дБ.

Прототип одноканального приемника NCIC 115-135 ГГц изготовлен по технологии SiGe BiCMOS с длиной волны 55 нм, установленная скорость беспроводной передачи данных – 36 Гбит/с на расстоянии 30 см. (Изображение: UCI)

Инновационная разработка учёных описана в документе «Приемник 8PSK 115–135 ГГц с использованием метода многофазной радиочастотной корреляции на основе прямой демодуляции», который недавно был опубликован в Журнале твердотельных цепей IEEE. В документе дано теоретическое описание, чертёж и особенности возможного использования системы. Сигнал на выходе приёмника представляет собой демодулированные биты, что устраняет необходимость использования энергоёмких преобразователей данных с высокой скоростью и разрешением.

Ведущий автор публикации, директор NCIC Labs и профессор электротехники и компьютерных наук в UCI, Пацям Гейдари утверждает, что академические исследователи и инженеры коммуникационных сетей давно интересуются возможностью создания беспроводных сетей, равных по своей скорости и производительности оптико-волоконным сетям. «В случае если такая возможность станет реальностью, это кардинально изменит отрасль связи, поскольку беспроводные сети имеют массу преимущества в сравнении с кабельными сетями».

Он заявил, что разработанная его группой микросхема приемопередатчика, получившая название «Beyond 5G», выходит за пределы стандарта 5G и переносит нас в реалии стандарта 6G, который, по мнению исследователя, будет развиваться на частотах от 100 ГГц и выше. В исследовательской группе отметили, что Федеральная комиссия по электросвязи недавно «открыла» новые полосы частот выше 100 ГГц, и новый трансивер станет первым устройством, которое сможет обеспечить сквозные возможности в этой части спектра.

Преодоление ограничений Закона Мура

По словам Гейдари, изменение частот сигналов с помощью модуляции и демодуляции в приемопередатчиках традиционно осуществляется посредством цифровой обработки, однако, в последние годы инженеры по интегральным схемам начали сталкиваться с физическими ограничениями при использовании данного метода.

«Закон Мура гласит, что мы должны быть в состоянии увеличить скорость транзисторов – подобных тем, которые устанавливаются в приёмниках и передатчиках – уменьшая их размеры, однако, это уже не так, — говорит он. – Вы не можете разделять электроны на две части, поэтому мы приблизились к уровням, которые регулируются физикой полупроводниковых устройств». Для того чтобы обойти данную проблему, в NCIC Labs разработали метод модуляции цифровых битов в аналоговой и радиочастотной областях, который позволяет снизить энергопотребление и стоимость микросхемы.

В команде уверяют, что данная технология в сочетании с системой фазированных решёток, предусматривающей использование нескольких антенн для направления лучей, обеспечит возможность создания целого ряда великолепных приложений для беспроводной передачи данных и связи. Это избавит нас от необходимости прокладывать километры оптико-волоконных линий в дата-центрах, и операторы ферм данных смогут осуществлять их сверхскоростную беспроводную передачу, значительно экономя на оборудовании, охлаждении и электроэнергии.

Полупроводники для поддержки проведения данного исследовательского проекта были предоставлены компаниями TowerJazz и STMicroelectronics.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Понравилось нас читать?

ПОДЕЛИТЬСЯ
Предыдущая публикацияSamsung займется разработкой линз дополненной реальности
Следующая публикацияКоличество пользователей 5G в Южной Корее перевалило за 1,5 миллиона
Борис Скуратовский
Журналист, медиа-эксперт и «летописец» истории украинского радио. Образование: филолог (должен был обучать детишек английскому языку, а также украинскому языку и литературе, но в итоге просвещаю взрослых дядь и тёть, информируя их о новостях из мира радио, телевидения и сопутствующих технологий). За развитием телевидения и радио в Украине слежу с 1990 года – вначале как пассивный наблюдатель, а с февраля 1997, когда на страницах киномузыкального еженедельника «П’ятниця» впервые вышла моя рубрика «Новости радио», - как журналист. Впоследствии в разное время сотрудничал с такими изданиями, как газета «Хрещатик», а также журналы «Телерадіокур’єр», «Телемир», «Медиа-Эксперт» и рядом других. С 1998 по 2001 год работал на «Радио РОКС – Украина», где впервые получил возможность изучить радио «изнутри». Затем какое-то время работал редактором-наполнителем сайта радиостанции «ХИТ FM», а потом сотрудничал ещё с несколькими радиостанциями в качестве копирайтера. С 1999 года веду собственный интернет-портал ProRadio.Org.Ua, всецело посвящённый теме радиовещания в Украине. Люблю классический хард-рок, ценю оригинальность и нестандартность. Интересуюсь историей, лингвистикой, психологией.