Скорость беспроводной передачи данных достигла 120 Гбит / с

В целях дальнейшего увеличения пропускной способности беспроводного оборудования Tokyo Tech и Fujitsu Laboratories Ltd. разработали чип для беспроводного приемопередатчика CMOS, который может обрабатывать сигналы с высокой скоростью в диапазоне частот от 70 до 105 гигагерц (ГГц), используя их собственной технологии увеличения полосы пропускания. Благодаря этим разработкам им удалось достичь скорости беспроводной передачи данных со скоростью 120 гигабит в секунду (Gbps), самой быстрой в мире.Figure 1. The race for performance of millimeter-wave wireless transceivers

Увеличилось количество исследовательских и опытно-конструкторских работ с целью практического применения мобильных сетей 5-го поколения (5G) для Олимпийских и Паралимпийских игр в Токио в 2020 году. За этим развитием наблюдается резкое увеличение трафика данных, такого как высокая четкость видеоуслуги, поскольку такие устройства, как смартфоны и планшеты, стали более широко использоваться. Кроме того, ожидается, что от беспроводной связи появятся различные требования к производительности благодаря новым технологиям, таким как IoT и автоматическое вождение.

Обычно базовые станции соединены оптическим волокном. Однако одна из проблем этого подхода заключается в том, что было трудно расширить обслуживание в районах, где трудно установить сеть волоконно-оптических кабелей, например, в плотно застроенных городских районах или между районами, окруженными реками или горами. Увеличивается спрос на подключение базовых станций к беспроводной сети вместо оптического волокна для быстрой и гибкой установки беспроводных сетей на крупномасштабных стадионах и площадках для мероприятий с преходящими толпами, насчитывающими десятки тысяч или во время аварийного восстановления.

Высокопроизводительные беспроводные передачи должны использовать широкий диапазон частот. Чтобы облегчить это, использование диапазона миллиметрового диапазона (от 30 до 300 ГГц) является подходящим вариантом, так как его используют несколько конкурирующих беспроводных приложений.

Но поскольку миллиметровая частота использует такие высокие частоты, проектирование интегральных схем CMOS для этой цели было проблемой, поскольку схемы должны быть спроектированы для работы вблизи их пределов. Также было сложно разработать схемы приемопередатчиков, которые модулируют и демодулируют широкополосные сигналы в полосу миллиметрового диапазона и из него с высоким качеством и интерфейсные схемы, которые соединяют печатную плату с антенной, как при низких потерях.

Эта исследовательская группа под руководством Kenichi Okada Tokyo Tech достигла беспроводной передачи данных со скоростью 56 Гбит / с в 2016 году, однако проблема заключалась в том, что полосу нельзя было расширить больше из-за более высоких гармонических сигналов, содержащихся в несущей волне.

Недавно разработанная чип-схема микросхемы CMOS (рисунок 2) использует технологию, которая расширяет диапазон приемопередающих цепей путем разделения сигналов данных на две части, преобразования их в разные диапазоны частот и последующего их рекомбинации. Каждый сигнал модулируется в полосу 17,5 ГГц в ширину и демодулируется, причем низкочастотный сигнал занимает диапазон 70,0-87,5 ГГц и высокочастотный сигнал, занимающий диапазон 87,5-105,0 ГГц. Эта технология обеспечивает высококачественную передачу сигнала по сверхширокополосному сигналу шириной 35 ГГц.

Недавно разработанный чип для микропроцессора CMOS имеет схемы генерации несущей, встроенные для сигналов несущей 70-ГГц и 105 ГГц, необходимых для использования этой технологии. Как правило, качество сигнала ухудшалось более высокими гармониками, содержащимися в схеме генерации несущей, однако недавно разработанная технология подавления гармоник разрешила эту проблему.

Качество сигнала, требуемое для многоуровневой модуляции 16-QAM, было достигнуто с использованием метода умножения более низкого порядка и объединения многих ступеней схем усилителя и встроенного фильтра с подавлением более высоких гармоник. Tokyo Tech разработала технологии для улучшения производительности приемопередатчиков и расширения диапазона, в то время как Fujitsu Laboratories отвечала за модульные технологии.Figure 2. CMOS wireless transceiver chip that achieved wireless communication at 120 Gbps

Рисунок 2. Чипсет микропроцессора CMOS, который обеспечил беспроводную связь со скоростью 120 Гбит / с

Этот результат позволяет увеличить пропускную способность беспроводного оборудования, которое может быть установлено на открытом воздухе. Сети с высокой пропускной способностью беспроводных базовых станций будут легко развертываться даже в местах, где трудно установить новые волоконно-оптические сети, например, в городских районах и местах, окруженных горами или реками, или для временных базовых станций, например, для Олимпийских игр. Таким образом, эта технология будет способствовать созданию приятной коммуникационной среды. Взято с titech.ac.jp