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。這些頻率遠高于 5G 蜂窩通信所考慮的任何頻率，值得研究人員將該設備描述為“超越 5G”。

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

來自加州大學歐文分校 （UCI） 納米級通信集成電路 （NCIC） 實驗室的團隊創(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品都更節(jié)能。它通過利用獨特的數(shù)模架構來實現(xiàn)這一點，該架構通過調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，他們已經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。經測量，該設備在 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 信號在片內以 1e -6的誤碼率 （BER） 解調。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 ”中進行了概述。在其中，他們介紹了接收器的理論、設計和實現(xiàn)。RF-to-bits 接收器架構的輸出是解調位，無需耗電的高速分辨率數(shù)據(jù)轉換器。

資深作者、NCIC 實驗室主任、UCI 電氣工程和計算機科學教授 Payam Heydari 表示，學術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。網絡?！叭绻@種可能性能夠實現(xiàn)，它將改變電信行業(yè)，因為無線基礎設施比有線系統(tǒng)帶來了許多優(yōu)勢?！?/p>

他說，他的團隊的收發(fā)器芯片被標記為“超越 5G”，超越了 5G 無線標準，并將它們帶入了 6G 標準的領域，預計將在 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)器中的調制和解調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開始看到這種方法的物理限制。

“摩爾定律說，我們應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)在情況已經不同了，”他說。“你不能將電子一分為二，因此我們已經接近了由半導體器件物理控制的水平。” 為了解決這個問題，NCIC Labs 開發(fā)了一種技術來調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現(xiàn)芯片布局。

該團隊表示，該技術與相控陣系統(tǒng)相結合——使用多個天線來控制波束——促進了無線數(shù)據(jù)傳輸和通信中的許多顛覆性應用。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)場運營商可以進行超快速無線傳輸，并在硬件、冷卻和電力方面節(jié)省大量資金。

TowerJazz 和 STMicroelectronics 提供半導體制造服務來支持該研究項目?！　?/p>