新型快速波束切换收发器将5G通信提升到新水平
东京工业大学 (Tokyo Tech) 和 NEC 公司的科学家联合开发了一种28GHz相控阵收发器，可支持高效可靠的5G通信。通过采用快速波束切换和泄漏消除机制，所提出的收发器在各个方面都优于先前的设计。
随着物联网、智慧城市、自动驾驶汽车和智能移动等创新技术的出现，我们的世界正处于一个新时代的边缘。这刺激了使用具有更多信号带宽的毫米波段来适应这些新想法。通过使用这些毫米波和多输入多输出 (MIMO) 技术，5G可以提供超过 10 Gbit/s 的数据速率，该技术采用多个发射器和接收器同时传输更多数据。
大规模相控阵收发器对于这些 MIMO 系统的实施至关重要。虽然 MIMO 系统提高了频谱性能，但大规模相控阵系统面临着一些挑战，例如增加的功耗和实施成本。其中一项关键挑战是波束切换时间引起的延迟。波束切换是一项重要功能，可以为每个终端选择最佳波束。因此，优化光束切换时间和设备成本的设计是必要的。
受此启发，东京工业大学和日本 NEC 公司的科学家合作开发了一种支持快速波束切换和高速数据通信的 28 GHz 相控阵收发器。他们的发现将在2021 年 VLSI 技术和电路研讨会上进行讨论，这是一个探讨半导体技术和电路新兴趋势和创新概念的国际会议。获取更多前沿科技 研究访问：https://byteclicks.com
所提出的设计有利于双极化操作，其中数据通过水平和垂直极化波同时传输。然而，这些系统的一个问题是交叉极化泄漏，这会导致信号衰减，尤其是在毫米波段。研究小组深入研究了这个问题并制定了解决方案。
所提出机制的一个关键特征是能够实现低延迟波束切换和高精度波束控制。静态元件控制机制的构建块，而片上 SRAM 用于存储不同光束的设置（图 1）。这种机制导致实现超低延迟的快速波束切换。由于对每种模式使用单独的寄存器，它还可以实现发送和接收模式的快速切换。
快速光束切换控制机制
所提出的收发器的另一方面是其低成本和小尺寸。该收发器具有双向架构，允许使用 5 × 4.5 mm 2的更小芯片尺寸（图 2）。对于存储在片上 SRAM 中的总共 256 种模式光束设置，实现了仅 4 纳秒的光束切换时间！为建议的收发器计算了误差矢量幅度 (EVM)——一种量化数字调制信号（如正交幅度调制 (QAM)）效率的措施。该收发器在 64QAM 中支持 5.5% 的 EVM，在 256QAM 中支持 3.5%。
所提出的相控阵收发器采用 65 纳米 CMOS 工艺制造，并采用晶圆级芯片级封装。它的配置面积小至 5 × 4.5 mm。
与最先进的 5G 相控阵收发器相比，该系统具有更快的波束切换时间和出色的 MIMO 效率。研究人员对 28 GHz 5G 相控阵收发器的未来持乐观态度。
这项研究得到了日本总务省 (JPJ000254) 的支持。
