毫米波无线通信有望成为6G无线系统的关键支撑技术

作者:电工吧 日期:2020-07-18 18:18:02 人气: 栏目:市场动态

法国技术研究机构CEA-Leti近日展示了一项采用简单的混合信号RF架构实现140GHz频率上100 Gbps传输速率的技术。该机构正在探索超越5G的技术线路,尝试在频率110GHz至170GHz范围的D波段频谱上实现6G应用。

毫米波(mmWave)无线通信的频段范围从20 GHz到300 GHz,其巨大的带宽资源可支持超高数据速率的通信,因而有望成为6G无线系统的关键支撑技术。在毫米波频段范围内,CEA-Leti专注于研究D频段,即可能对6G无线通信起关键作用的140 GHz频段。

CEA-Leti和法国工程公司Siradel在一篇题为“超越5G无线连接的D波段技术规划”的论文中提到(这篇论文原定在3月举行的6G无线峰会上发布,但后来峰会被取消),他们的研究人员正在考虑几种超越5G的应用,其中包括高容量回程、增强热点基站和短距离设备间通信。这些应用对数据传输速度的需求(通常要求每单元或每链路速率大于100 Gbps)已超越了5G能力,并且不受次太赫(sub-THz)频段主要限制的影响。

毫米波无线通信有望成为6G无线系统的关键支撑技术

该论文概述了一些潜在应用以及实现这些应用所面临的挑战,还介绍了新频谱中的应用场景,并且讨论了应用场景需求与当前构建6G路线图的芯片技术限制之间的权衡。

CEA-Leti科学家Jean-Baptiste Doré是该论文的作者之一,他接受了EE Times的采访。在被问及芯片的局限时说道:“利用CMOS,我们仍然可以为D波段的低频部分设计芯片组。但现在我们已经处于CMOS在这些频率下所能达到的物理极限。”因为CMOS技术无法制造sub-THz应用所需的最大晶体管频率器件,CEA-Leti一直在研究针对这些应用所采用的创新架构,来优化RF电路设计,以及新材料和器件,以满足D波段及更高频率的需求。

Doré补充说:“D波段无线通信面临的挑战包括自由空间波传播损耗,这种损耗会按照频率平方的比例而增加,必须使用高增益天线来补偿,而这给天线的方向性和校准带来了严格的限制。”

这些限制因素包括对sub-THz波传播的物理阻碍,如被墙壁、树木甚至窗户阻挡,或大幅度衰减。即使在通畅的传播路径中,也仍然需要高增益天线。为了应对这一挑战,CEA-Leti正在设计具有高指向性和电子可操纵性的尖端天线。

这些支持6G的关键技术设计已经启动,包括研究sub-THz频段需要采用的新材料和器件、增强型RF CMOS架构和天线系统,以及高性能的数字处理。Doré说:“Leti目前正在探索集成RF芯片组和天线设计的技术路线图。我们已经开始研究可集成CMOS的sub-THz频段新技术,已开始进行天线和芯片组的设计,”而且他们正在探讨系统级芯片和(或)系统级封装上的异构集成。

“对于设备到设备间的通信,我们已经证明了利用空间复用和简单的RF架构即可实现Gbps级别的吞吐量,”Doré表示。“我们的主要研究结果是,利用拟定的混合信号、模拟和数字技术,晶体管可以传输的所需功率被限制在微瓦级(10 ^ -6 Watts),这为我们采用CMOS技术提供了可能性。”

CEA-Leti表示,140GHz通信已在进行现场试运行,目前正在努力寻找能够满足高性能和低成本要求的集成模块。Doré说:“我们已经有一些合作伙伴,但还在寻找更多的资金支持以继续开发这项技术。”不过,Doré拒绝透露具体的合作伙伴,但提到其中有一家是知名的半导体厂商。
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