Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Transceivery 100 GHz przenoszą technologie w świat 6G

ghost666 16 Sie 2019 18:10 1050 1
  • Transceivery 100 GHz przenoszą technologie w świat 6G
    Grupa naukowców stworzyła właśnie nowatorski bezprzewodowy układ nadawczo-odbiorczy (transceiver), umożliwiający transmisję sygnałów z wykorzystaniem częstotliwości powyżej 100 GHz. Dokonali tego przy niższych kosztach i zużyciu energii niż obecne prototypowe systemy. Częstotliwości te są znacznie wyższe niż cokolwiek branego obecnie pod uwagę w komunikacji komórkowej 5G. Systemy te w pełni zasługują na nazwanie ich układami "poza 5G", które w przyszłości wykorzystane mogą być w stworzeniu kolejnej generacji układów komunikacji bezprzewodowej.

    Ostateczny cel zespołu naukowców jest bardziej ambitny niż tylko przekroczenie 5G; chcą oni stworzyć kompletną ścieżkę technologiczną, która umożliwi systemom bezprzewodowym konkurowanie z systemami optycznymi (wykorzystującymi światłowody).

    Zespół z Laboratorium Nanoscale Communication Integrated Circuits (NCIC) z Uniwersytetu w Kalifornii, Irvine (UCI), stworzył układ elektroniczny o powierzchni 4,4 mm², zdolny do przetwarzania sygnałów cyfrowych znacznie szybciej i bardziej energooszczędny niż jakikolwiek inny dostępny obecnie układ scalony. Wykorzystuje on unikalną architekturę cyfrowo-analogową, która znacznie rozluźnia wymagania odnośnie przetwarzania cyfrowego poprzez modulowanie bitów cyfrowych w domenach analogowych i częstotliwości radiowych. Naukowcy stwierdzili, że stosując to podejście udało im się pokonać ograniczenia, które obecnie hamują postęp elektroniki zgodnie z prawem Moore'a.

    Wyprodukowali oni jednokanałowy prototyp odbiornika pracujący w pasmie 115..135 GHz w procesie SiGe BiCMOS o rozdzielczości 55 nm. Zmierzyli oni, że urządzenie to osiąga szybkość transmisji danych do 36 Gb/s na odległości 30 centymetrów. Po stronie odbiorczej sygnał 8PSK jest demodulowany na układzie z bitową stopą błędów (BER) na poziomie 1^-6. Zmierzona czułość odbiornika w tym BER wynosi -41,28 dBm. Prototyp zajmuje powierzchnię 2,5 mm x 3,5 mm w strukturze półrprzewodnikowej. Obejmuje to także elektrody i obwody testowe (powierzchnia aktywna samego transceivera wynosi 2,5 mm²). Układ zużywa 200,25 mW mocy podczas pracy. Maksymalny zysk podczas konwersji sygnału wyniósł 32 dB, a minimalny poziom szumu w odbiorniku wynosił 10,3 dB.

    Innowacje ta zostały przedstawione w artykule „Odbiornik 8-13K 115-135 GHz wykorzystujący wielofazową metodę bezpośredniej demodulacji opartej na RF” (“A 115-135-GHz 8PSK Receiver Using Multi-Phase RF-Correlation-Based Direct-Demodulation Method”), opublikowanym niedawno w czasopiśmie Journal of Solid State Circuits, wydawanym przez IEEE. Przedstawiają w nim podstawy teoretyczne, projekt systemu i implementację odbiornika. Dane wyjściowe architektury odbiornika radiowego są demodulowane do postaci cyfrowej na wyjściu, co eliminuje potrzebę energochłonnego konwertowania sygnałów analogowych do postaci cyfrowej z wykorzystaniem przetworników analogowo-cyfrowych o wysokiej rozdzielczości.

    Jeden z autorów, prof. Payam Heydari, który jest dyrektorem NCIC Labs, powiedział, że badacze akademiccy i inżynierowie zajmujący się obwodami komunikacyjnymi od dawna chcieli wiedzieć, czy systemy bezprzewodowe są zdolne do wysokiej komunikacji wydajności o prędkości porównywalnej do sieci światłowodowych. "Gdyby taka możliwość mogła się urzeczywistnić, przekształciłoby to branżę telekomunikacyjną, ponieważ infrastruktura bezprzewodowa ma wiele zalet w stosunku do systemów przewodowych". Powiedział także, że układ nadawczo-odbiorczy projektowane w jego grupie, które nazywane są "poza 5G", przeskakują przez standard bezprzewodowy 5G i przenoszą technologię je w sferę spekulowanego standardu 6G, który ma działać na częstotliwości 100 GHz lub wyższej. Grupa badawcza podała, że ​​Federalna Komisja Łączności niedawno otworzyła nowe pasma częstotliwości powyżej 100 GHz, ich nowy transceiver jest pierwszym, który zapewnia kompleksowe możliwości pracy w tej części spektrum.

    Przezwyciężanie ograniczeń prawa Moore'a

    Według Heydari zmiana częstotliwości sygnałów poprzez modulację i demodulację w transceiverch tradycyjnie odbywa się za pomocą przetwarzania cyfrowego, ale inżynierowie układów scalonych w ostatnich latach zaczęli dostrzegać fizyczne ograniczenia tej metody. "Prawo Moore'a mówi, że powinniśmy być w stanie zwiększyć prędkość działania tranzystorów - takich jak te, które można znaleźć w nadajnikach i odbiornikach RF - poprzez zmniejszenie ich rozmiarów, ale tak już nie jest" powiedział. "Nie można rozbić elektronów na dwie części, więc zbliżyliśmy się do poziomów gdzie ograniczeniem jest fizyka urządzeń półprzewodnikowych". Aby obejść ten problem, badacze z NCIC opracowali nową technikę modulowania bitów cyfrowych w domenach analogowych i radiowych, co umożliwia produkcję układów przy niższych kosztach, które charakteryzować będą się niższym zużyciu energii.

    Zespół powiedział, że technologia ta, w połączeniu z systemami z uzgodnioną fazą, które wykorzystują wiele anten do sterowania wiązkami, ułatwia stworzenie szeregu nowych aplikacji umożliwiających bezprzewodowy przesył danych z nieosiągalną dotychczas prędkością. Dzięki temu wyeliminowane mają zostać kilometry kabli światłowodowych w centrach danych, co pozwoli na przyspieszenie komunikacji wewnętrznej w serwerowniach, a także zaoszczędzić znaczne pieniądze na sprzęcie, chłodzeniu i zasilaniu tych systemów.

    Implementacja półprzewodnikowa układu wykonana została dzięki uprzejmości firm TowerJazz i STMicroelectronics.

    Źródło: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1334971#

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9365 postów o ocenie 6950, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    fotomh-s
    Poziom 21  
    ghost666 napisał:
    wydajności o prędkości porównywalnej do sieci światłowodowych

    Cytat:
    Zmierzyli oni, że urządzenie to osiąga szybkość transmisji danych do 36 Gb/s na odległości 30 centymetrów

    Problem w tym że nikt nie korzysta z łącz światłowodowych na dystansach 30cm. Taka szybkość transmisji na takim dystansie też raczej nie jest potrzebna (30cm to by się kwalifikowało jako NFC, jednak tam nie potrzeba zawrotnych przepustowości).

    Zaletą światłowodów są bardzo małe straty sygnału oraz praktycznie całkowita odporność na interferencje i zakłócenia. Jakby co to zawsze można dodać kolejny światłowód. W przypadku RF nie jest tak łatwo bo trzeba pamiętać że nie można w nieskończoność dodawać modułów bo szerokość pasma (ilość kanałów) jest ograniczona.

    Jak już to powinni skupić się na transferze na większe odległości jako celu bo publikowanie danych dotyczących 30cm jest oczywiście niezbyt miarodajne (można to nazwać czysto teoretyczną aplikacją bez konkretnego zastosowania).

    Cytat:
    bitową stopą błędów (BER) na poziomie 1^-6.

    Jak już to 10^-6 ;-)