El innovador transceptor de conmutación de haz de conmutación rápida lleva la tecnología 5G al siguiente nivel

La SRAM de alta capacidad y la tabla de búsqueda se utilizan para admitir 256 configuraciones de haz. El mecanismo admite conmutación rápida en modo de transmisión (TX) y recepción (RX) con pines externos directos que habilitan TX / RX. Fuente: Simposio 2021 sobre tecnología y circuitos VLSI

Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y NEC Corporation han desarrollado conjuntamente un transceptor de fase de 28 GHz que admite una comunicación 5G eficiente y confiable. El transceptor propuesto supera en muchos aspectos los diseños anteriores, adaptando el mecanismo de conmutación rápida de haz y eliminación de fugas.

Con el reciente advenimiento de tecnologías innovadoras como Internet de las cosas, ciudades inteligentes, vehículos autónomos y movilidad inteligente, nuestro mundo se encuentra en el umbral de una nueva era. Esto estimula el uso de bandas de ondas milimétricas, que tienen un ancho de banda de señal mucho mayor, para adaptarse a estas nuevas ideas. 5G puede ofrecer velocidades de datos superiores a 10 Gbit / s debido al uso de estas ondas milimétricas y la tecnología MIMO (multiple-in-multiple-out), que utiliza múltiples transmisores y receptores para transmitir más datos simultáneamente.

Los transceptores de arreglo en fase a gran escala son fundamentales para la implementación de estos sistemas MIMO. Si bien los sistemas MIMO aumentan la eficiencia espectral, los sistemas de matriz de fase a gran escala enfrentan varios desafíos, como una mayor disipación de energía y costos de implementación. Uno de esos desafíos críticos es el retraso causado por el tiempo de conmutación del haz. La conmutación de haz es una característica importante que permite seleccionar el haz más óptimo para cada terminal. Por lo tanto, se desea un diseño que optimice el tiempo de conmutación del haz y el costo del dispositivo.

Motivados por esto, científicos del Instituto de Tecnología de Tokio y NEC Corporation en Japón colaboraron para desarrollar una matriz de fase de 28 GHz. transceptor que admite conmutación de haz de alta velocidad y transmisión de datos de alta velocidad. Sus hallazgos se discutirán en los simposios de circuitos y tecnología VLSI en 2021, una conferencia internacional que explora las tendencias emergentes y los conceptos innovadores en la tecnología y los circuitos de semiconductores.

El innovador transceptor de conmutación de haz de conmutación rápida lleva la tecnología 5G al siguiente nivel

El transceptor de circuito de fase propuesto se fabrica mediante un proceso CMOS de 65 nm y se empaqueta en un circuito integrado a nivel de oblea. Está configurado en un área tan pequeña como 5 × 4,5 mm. Fuente: Simposio 2021 sobre tecnología y circuitos VLSI

El diseño propuesto permite la operación de polarización dual, en la que los datos se transmiten simultáneamente por medio de ondas de polarización horizontal y vertical. Sin embargo, uno de los problemas con estos sistemas es la pérdida de polarización cruzada que degrada la señal, especialmente en la banda de ondas milimétricas. El equipo de investigación profundizó en el problema y encontró una solución. El profesor Kenichi Okada, quien dirigió el equipo de investigación, dice: «Afortunadamente, pudimos desarrollar una metodología de detección y cancelación de polarización cruzada que nos permitió suprimir las fugas en los modos de transmisión y recepción».

Una de las características clave del mecanismo propuesto es la capacidad de lograr una conmutación de haz de baja latencia y un control de haz preciso. Los elementos estáticos controlan los componentes básicos del mecanismo, mientras que la SRAM integrada se utiliza para almacenar los ajustes de los diferentes haces. Este mecanismo conduce a una conmutación rápida del haz con retardos muy bajos. También permite un cambio rápido entre los modos de transmisión y recepción mediante el uso de registros separados para cada modo.

Otro aspecto del transceptor propuesto es su bajo costo y pequeño tamaño. El transceptor tiene una arquitectura bidireccional que permite un tamaño de chip más pequeño de 5 × 4,5 mm2. Con un total de 256 patrones de haz almacenados en la SRAM integrada, se logra un tiempo de conmutación de haz de solo 4 nanosegundos. Para el transceptor propuesto, se calculó el tamaño del vector de error (EVM), una medida para cuantificar el rendimiento de señales moduladas digitalmente, como la modulación de amplitud en cuadratura (QAM). El transceptor fue compatible con un EVM de 5.5% en 64QAM y 3.5% en 256QAM.

En comparación con los transceptores de matriz de fase 5G más modernos, el sistema tiene un tiempo de conmutación de haz más rápido y un excelente rendimiento MIMO. Okada es optimista sobre el futuro del transceptor de fase 5G de 28 GHz. Concluye que “la tecnología que desarrollamos para la red 5G NR admite la transmisión de grandes cantidades de datos con baja latencia. Haz intercambiabilidad, se puede utilizar en escenarios donde se requiere una mayor percepción de muchos usuarios. Este dispositivo prepara el terreno para innumerables aplicaciones, incluida la conectividad de máquinas y la construcción de ciudades y fábricas inteligentes «.


Los científicos desarrollaron un transceptor compacto de 28 GHz que admite la tecnología MIMO de polarización dual

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