一組研究人員創(chuàng)建了一種無線收發(fā)器芯片，能夠以比當(dāng)前系統(tǒng)更低的成本和能耗傳輸超過 100 GHz 的信號。這些頻率遠(yuǎn)高于 5G 蜂窩通信所考慮的任何頻率，值得研究人員將該設(shè)備描述為“超越 5G”。

他們的最終目標(biāo)比僅僅超越 5G 更加雄心勃勃；它是創(chuàng)建一條技術(shù)路徑，使無線系統(tǒng)能夠與光纖競爭。

來自加州大學(xué)歐文分校 （UCI） 納米級通信集成電路 （NCIC） 實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種 4.4-mm 2芯片，該 芯片能夠顯著加快處理數(shù)字信號的速度，并且比目前任何可用的產(chǎn)品都更節(jié)能。它通過利用獨(dú)特的數(shù)模架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，該架構(gòu)通過調(diào)制模擬和射頻域中的數(shù)字位來顯著放寬數(shù)字處理要求。研究人員聲稱，在使用這種方法時(shí)，他們已經(jīng)克服了摩爾定律的局限性。

他們采用 55-nm SiGe BiCMOS 工藝制造了單通道 115 至 135-GHz 接收器原型。經(jīng)測量，該設(shè)備在 30 厘米的間隙上具有 36 Gb/s 的無線數(shù)據(jù)速率。在接收端，8PSK 信號在片內(nèi)以 1e -6的誤碼率 （BER） 解調(diào)。在此 BER 下測得的接收器靈敏度為 -41.28 dBm。該原型占用 2.5 × 3.5 mm2 的芯片面積，包括焊盤和測試電路（2.5 mm2 有源面積）。它消耗的總直流功率為 200.25 mW。最大轉(zhuǎn)換增益為 32 dB，最小噪聲系數(shù)為 10.3 dB。

NCIC 的單通道 115 至 135 GHz 接收器原型采用 55 納米 SiGe BiCMOS 工藝制造，在 30 厘米距離處測量 36 Gb/s 的無線數(shù)據(jù)速率。

他們的創(chuàng)新在最近發(fā)表在 IEEE Journal of Solid-State Circuits上的一篇論文“ A 115-135-GHz 8PSK Receiver Using Multi-Phase RF-Correlation-Based Direct-Demodulation Method ”中進(jìn)行了概述。在其中，他們介紹了接收器的理論、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。RF-to-bits 接收器架構(gòu)的輸出是解調(diào)位，無需耗電的高速分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

資深作者、NCIC 實(shí)驗(yàn)室主任、UCI 電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授 Payam Heydari 表示，學(xué)術(shù)研究人員和通信電路工程師一直想知道無線系統(tǒng)是否能夠具備光纖的高性能和速度。網(wǎng)絡(luò)。“如果這種可能性能夠?qū)崿F(xiàn)，它將改變電信行業(yè)，因?yàn)闊o線基礎(chǔ)設(shè)施比有線系統(tǒng)帶來了許多優(yōu)勢。”

他說，他的團(tuán)隊(duì)的收發(fā)器芯片被標(biāo)記為“超越 5G”，超越了 5G 無線標(biāo)準(zhǔn)，并將它們帶入了 6G 標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域，預(yù)計(jì)將在 100 GHz 及更高的頻率下工作。該研究小組表示，隨著聯(lián)邦通信委員會最近開放了 100 GHz 以上的新頻段，他們的新收發(fā)器是第一個(gè)在這部分頻譜中提供端到端功能的收發(fā)器。

克服摩爾定律的限制根據(jù) Heydari 的說法，傳統(tǒng)上通過收發(fā)器中的調(diào)制和解調(diào)來改變信號頻率是通過數(shù)字處理來完成的，但近年來，集成電路工程師已經(jīng)開始看到這種方法的物理限制。

“摩爾定律說，我們應(yīng)該能夠通過減小晶體管的尺寸來提高晶體管的速度——比如你在發(fā)射器和接收器中發(fā)現(xiàn)的那些——但現(xiàn)在情況已經(jīng)不同了，”他說。“你不能將電子一分為二，因此我們已經(jīng)接近了由半導(dǎo)體器件物理控制的水平。” 為了解決這個(gè)問題，NCIC Labs 開發(fā)了一種技術(shù)來調(diào)制模擬和射頻域中的數(shù)字位，從而以更低的成本和更低的能耗實(shí)現(xiàn)芯片布局。

該團(tuán)隊(duì)表示，該技術(shù)與相控陣系統(tǒng)相結(jié)合——使用多個(gè)天線來控制波束——促進(jìn)了無線數(shù)據(jù)傳輸和通信中的許多顛覆性應(yīng)用。這將消除數(shù)據(jù)中心對數(shù)英里光纖電纜的需求，因此數(shù)據(jù)場運(yùn)營商可以進(jìn)行超快速無線傳輸，并在硬件、冷卻和電力方面節(jié)省大量資金。

TowerJazz 和 STMicroelectronics 提供半導(dǎo)體制造服務(wù)來支持該研究項(xiàng)目。