无线收发器超越 5G

一组研究人员创建了一种无线收发器芯片，能够以比当前系统更低的成本和能耗传输超过 100 GHz 的信号。这些频率远高于 5G 蜂窝通信所考虑的任何频率，值得研究人员将该设备描述为“超越 5G”。

他们的最终目标比仅仅超越 5G 更加雄心勃勃；它是创建一条技术路径，使无线系统能够与光纤竞争。

来自加州大学欧文分校 （UCI） 纳米级通信集成电路 （NCIC） 实验室的团队创造了一种 4.4-mm 2芯片，该 芯片能够显着加快处理数字信号的速度，并且比目前任何可用的产品都更节能。它通过利用独特的数模架构来实现这一点，该架构通过调制模拟和射频域中的数字位来显着放宽数字处理要求。研究人员声称，在使用这种方法时，他们已经克服了摩尔定律的局限性。

他们采用 55-nm SiGe BiCMOS 工艺制造了单通道 115 至 135-GHz 接收器原型。经测量，该设备在 30 厘米的间隙上具有 36 Gb/s 的无线数据速率。在接收端，8PSK 信号在片内以 1e -6的误码率 （BER） 解调。在此 BER 下测得的接收器灵敏度为 -41.28 dBm。该原型占用 2.5 × 3.5 mm² 的芯片面积，包括焊盘和测试电路（2.5 mm² 有源面积）。它消耗的总直流功率为 200.25 mW。最大转换增益为 32 dB，最小噪声系数为 10.3 dB。

NCIC 的单通道 115 至 135 GHz 接收器原型采用 55 纳米 SiGe BiCMOS 工艺制造，在 30 厘米距离处测量 36 Gb/s 的无线数据速率。

他们的创新在最近发表在 IEEE Journal of Solid-State Circuits上的一篇论文“ A 115-135-GHz 8PSK Receiver Using Multi-Phase RF-Correlation-Based Direct-Demodulation Method ”中进行了概述。在其中，他们介绍了接收器的理论、设计和实现。RF-to-bits 接收器架构的输出是解调位，无需耗电的高速分辨率数据转换器。

资深作者、NCIC 实验室主任、UCI 电气工程和计算机科学教授 Payam Heydari 表示，学术研究人员和通信电路工程师一直想知道无线系统是否能够具备光纤的高性能和速度。网络。“如果这种可能性能够实现，它将改变电信行业，因为无线基础设施比有线系统带来了许多优势。”

他说，他的团队的收发器芯片被标记为“超越 5G”，超越了 5G 无线标准，并将它们带入了 6G 标准的领域，预计将在 100 GHz 及更高的频率下工作。该研究小组表示，随着联邦通信委员会最近开放了 100 GHz 以上的新频段，他们的新收发器是第一个在这部分频谱中提供端到端功能的收发器。

克服摩尔定律的限制根据 Heydari 的说法，传统上通过收发器中的调制和解调来改变信号频率是通过数字处理来完成的，但近年来，集成电路工程师已经开始看到这种方法的物理限制。

“摩尔定律说，我们应该能够通过减小晶体管的尺寸来提高晶体管的速度——比如你在发射器和接收器中发现的那些——但现在情况已经不同了，”他说。“你不能将电子一分为二，因此我们已经接近了由半导体器件物理控制的水平。” 为了解决这个问题，NCIC Labs 开发了一种技术来调制模拟和射频域中的数字位，从而以更低的成本和更低的能耗实现芯片布局。

该团队表示，该技术与相控阵系统相结合——使用多个天线来控制波束——促进了无线数据传输和通信中的许多颠覆性应用。这将消除数据中心对数英里光纤电缆的需求，因此数据场运营商可以进行超快速无线传输，并在硬件、冷却和电力方面节省大量资金。

TowerJazz 和 STMicroelectronics 提供半导体制造服务来支持该研究项目。