19 июля 2023 г.
На Международном микроволновом симпозиуме (IMS) IEEE MTT-S в июне 2023 года в Сан-Диего, Калифорния, США, корпорация NTT из Токио и исследователи из Токийского технологического института заявили, что они продемонстрировали модуль передатчика с фазированной решеткой, позволяющий мгновенно передавать сверхвысокие частоты. передача данных с высокой пропускной способностью на мобильные приемники. Исследователи добились первой беспроводной передачи данных с помощью формирования луча в диапазоне 300 ГГц, который, как ожидается, будет использоваться для реализации связи шестого поколения (6G).
История исследований
Ожидается, что в системах беспроводной связи 6G сверхскоростная беспроводная связь будет обеспечиваться за счет использования диапазона 300 ГГц, преимущество которого заключается в возможности использования широкого частотного диапазона. С другой стороны, он сталкивается с проблемой больших потерь на трассе при распространении сигнала в пространстве. Технология формирования луча изучается для решения этой проблемы.
Формирование луча концентрирует и направляет радиоэнергию к принимающему устройству. В беспроводных системах 5G, использующих радиоволны в диапазонах 28 ГГц и 39 ГГц, формирование луча реализовано с помощью интегральных схем CMOS. С другой стороны, одним только КМОП-ИС не хватает достаточной выходной мощности в диапазоне 300 ГГц. Поэтому во всем мире предпринимаются попытки объединить КМОП-ИС с составными полупроводниковыми ИС III-V, способными обеспечить высокую выходную мощность, для достижения формирования диаграммы направленности в диапазоне 300 ГГц. Однако из-за того, что высокой выходной мощности препятствуют большие потери энергии, происходящие внутри ИС III-V и в соединении между ИС III-V и КМОП ИС, высокоскоростная беспроводная передача данных с помощью формирования луча не была достигнута до сих пор.
Результаты исследований
Компания NTT разработала микросхемы на основе фосфида индия (InP), которые объединяют собственную схему усилителя мощности с высокой выходной мощностью и схему антенны. Это обеспечивается запатентованной NTT технологией биполярных транзисторов с гетеропереходом (InP HBT) на основе InP. Технологическому институту Токио удалось изготовить крупногабаритную КМОП-ИС, содержащую схемы преобразования частоты и управления. NTT и Tokyo Tech разработали компактный четырехэлементный модуль передатчика с фазированной решеткой, установив CMOS IC и InP IC на одной печатной плате. Благодаря диапазону поворота 36°, максимальной скорости передачи данных 30 Гбит/с и дальности связи 50 см этот модуль передатчика обеспечивает первую высокоскоростную беспроводную передачу данных в диапазоне 300 ГГц с использованием формирования луча (рис. 1).
Ключевые технические моменты
Следующие две технологии сделали возможным формирование луча и высокоскоростную беспроводную передачу данных.
1. Конструкция схемы усилителя мощности с высокой выходной мощностью диапазона 300 ГГц.
NTT и Tokyo Tech разработали схему усилителя мощности, обеспечивающую высокую выходную мощность в диапазоне 300 ГГц, и осуществили ее изготовление с использованием собственной технологии NTT InP HBT. Для схемы усилителя мощности высокая выходная мощность достигается за счет объединения выходной электрической мощности от нескольких элементов усилителя с использованием сумматора мощности с малыми потерями. Схема усиливает сигналы, выдаваемые КМОП-ИС, и излучает радиоволны на приемное устройство от антенны, размещенной на том же кристалле. Достижение NTT и Tokyo Tech позволяет подавать на приемное устройство высокую выходную мощность, необходимую для высокоскоростной передачи данных (рис. 2).
2. Технология монтажа высокочастотного диапазона с малыми потерями
Традиционно для подключения различных типов ИС для диапазона 300 ГГц каждая ИС монтируется на волноводный модуль, и модули соединяются между собой. Однако этот подход имеет проблему потери энергии при прохождении радиоволн через волноводы. Утверждается, что достижение NTT и Tokyo Tech позволило решить эту проблему за счет соединения CMOS IC и InP IC с перевернутым кристаллом и их соединения с использованием металлических выступов размером в несколько десятков микрон. Такой подход к компоновке снижает потери в соединении и обеспечивает высокую выходную мощность.
(Рисунок 3).
Будущие исследования
Ожидается, что в будущем устройства мобильной связи на короткие расстояния будут развернуты в сетях 6G. Технология NTT и Tokyo Tech обещает расширить эти приложения, такие как интерактивные киоски и фемтосоты. Разработанная технология продемонстрировала одномерное формирование луча. NTT и Tokyo Tech работают над демонстрацией двумерного формирования луча с помощью двумерного массива и увеличением дальности связи за счет увеличения количества массивов. NTT и Tokyo Tech также занимаются разработкой приемных модулей для удовлетворения потребностей приложений 6G и практической реализацией беспроводной связи с пропускной способностью в десять раз большей, чем доступно в настоящее время.
NTT и Токийский технологический институт разрабатывают микросхему, обеспечивающую беспроводную передачу данных со скоростью 100 Гбит/с в диапазоне 300 ГГц.
View full news on a site
/cloudfront-us-east-2.images.arcpublishing.com/reuters/26UALM5FLRIRLAQUU5NE5XZBRY.jpg "Обвинения в США против Binance: что происходит с криптовалютной биржей?")
