Elektroteknik -team udvikler sig ud over 5G trådløs transceiver

En ny trådløs transceiver opfundet af elektriske ingeniører ved University of California, Irvine øger radiofrekvenser til 100-gigahertz område, firdoble hastigheden på den kommende 5G, eller femte generation, standard for trådløs kommunikation.

Mærket en "ende-til-ende-sender-modtager" af dets skabere i UCI's Nanoscale Communication Integrated Circuits Labs, den 4,4 millimeter-firkantede siliciumchip er i stand til at behandle digitale signaler betydeligt hurtigere og mere energieffektivt på grund af sin unikke digital-analoge arkitektur. Teamets innovation er skitseret i et papir, der for nylig blev offentliggjort i IEEE Journal of Solid-State Circuits .

"Vi kalder vores chip 'ud over 5G', fordi den kombinerede hastighed og datahastighed, vi kan opnå, er to størrelsesordener højere end kapaciteten i den nye trådløse standard, "sagde seniorforfatter Payam Heydari, NCIC Labs direktør og UCI professor i elektroteknik og datalogi. "Ud over, at operere i en højere frekvens betyder, at du og jeg og alle andre kan få en større del af båndbredden, der tilbydes af transportører. "

Han sagde, at akademiske forskere og kommunikationskredsingeniører længe har ønsket at vide, om trådløse systemer er i stand til den høje ydeevne og hastighed af fiberoptiske netværk. "Hvis en sådan mulighed kunne realiseres, det ville transformere telekommunikationsindustrien, fordi trådløs infrastruktur medfører mange fordele i forhold til kablede systemer, "Sagde Heydari.

Hans gruppes svar er i form af en ny transceiver, der springer over den trådløse 5G -standard - udpeget til at fungere inden for området 28 til 38 gigahertz - til 6G -standarden, som forventes at fungere ved 100 gigahertz og derover.

"Federal Communications Commission åbnede for nylig nye frekvensbånd over 100 gigahertz, "sagde hovedforfatter og forsker Hossein Mohammadnezhad, en UCI -gradstuderende på arbejdstidspunktet, der i år fik en ph.d. i elektroteknik og datalogi. "Vores nye transceiver er den første til at levere ende-til-ende-kapaciteter i denne del af spektret."

At have sendere og modtagere, der kan håndtere sådanne højfrekvente datakommunikationer, bliver afgørende for at indlede en ny trådløs æra domineret af "tingenes internet, "autonome køretøjer, og meget udvidet bredbånd til streaming af video i høj opløsning video og mere.

Selvom denne digitale drøm har drevet teknologiudviklere i årtier, snublesten er begyndt at dukke op på vejen til fremgang. Ifølge Heydari, ændring af frekvenser af signaler gennem modulering og demodulation i transceivere er traditionelt blevet udført via digital behandling, men integrerede kredsløbsteknikere er i de senere år begyndt at se de fysiske begrænsninger ved denne metode.

"Moores lov siger, at vi skal være i stand til at øge transistorernes hastighed - f.eks. Dem, du finder i sendere og modtagere - ved at reducere deres størrelse, men sådan er det ikke længere, "sagde han." Du kan ikke bryde elektroner i to, så vi har nærmet os de niveauer, der styres af fysikken i halvlederanordninger. "

For at komme uden om dette problem, NCIC Labs forskere benyttede en chiparkitektur, der signifikant lempe krav til digital behandling ved at modulere de digitale bits i de analoge og radiofrekvente domæner.

Heydari sagde, at ud over at muliggøre transmission af signaler i intervallet 100 gigahertz, transceiverens unikke layout gør det muligt at forbruge betydeligt mindre energi end nuværende systemer til en reduceret samlet pris, baner vejen for udbredt vedtagelse på forbrugerelektronikmarkedet.

Medforfatter Huan Wang, en UCI -doktorand i elektroteknik og datalogi og et medlem af NCIC Labs, sagde, at teknologien kombineret med fasede array -systemer - som bruger flere antenner til at styre stråler - letter en række forstyrrende applikationer inden for trådløs dataoverførsel og kommunikation.

"Vores innovation eliminerer behovet for miles af fiberoptiske kabler i datacentre, så data farm operatører kan lave ultrahurtig trådløs overførsel og spare betydelige penge på hardware, køling og effekt, " han sagde.