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Um receptor de banda ultralarga baseado em uma técnica de seleção harmônica para melhorar a largura de banda operacional das redes 5G foi desenvolvido por pesquisadores da Tokyo Tech em um novo estudo. As redes móveis de quinta geração (5G) estão sendo usadas em todo o mundo com frequências de mais de 100 Hz. Para acompanhar o tráfego de dados nessas redes, são necessários receptores apropriados. Nesse sentido, a tecnologia proposta pode revolucionar o mundo das comunicações de próxima geração.
À medida que as redes de comunicação de última geração estão sendo desenvolvidas, a tecnologia usada para implantá-las também deve evoluir junto. As bandas New Radio (5G NR) da rede móvel de quinta geração estão continuamente se expandindo para melhorar a capacidade do canal e a taxa de dados. Para realizar comunicação de padrão cruzado e aplicação mundial usando 5G NR, a compatibilidade multibanda é, portanto, essencial.
Recentemente, a comunicação por ondas milimétricas (mmW) foi considerada um candidato promissor para gerenciar o tráfego de dados cada vez maior entre grandes dispositivos em redes 5G NR. Nos últimos anos, muitos estudos mostraram que uma arquitetura phased-array melhora a qualidade do sinal para comunicação 5G NR em frequências mmW. Infelizmente, vários chips são necessários para operação multibanda, o que aumenta o tamanho e a complexidade do sistema. Além disso, operar em modos multibanda expõe os receptores a ambientes eletromagnéticos variáveis, levando a interferências e sinais confusos com ecos indesejados.
Para resolver esses problemas, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) no Japão desenvolveu uma nova “técnica de seleção de harmônicos” para estender a largura de banda operacional da comunicação 5G NR. O estudo, liderado pelo professor Kenichi Okada, foi publicado no Jornal IEEE de Circuitos de Estado Sólido. “Em comparação com os sistemas convencionais, nossa rede proposta opera com baixo consumo de energia. Além disso, a cobertura de frequência a torna compatível com todas as bandas 5G existentes, bem como com os 60 GHz marcados como a próxima banda potencialmente licenciada. Como tal, nosso receptor pode ser a chave para utilizar a crescente largura de banda 5G”, diz o Prof. Okada.
Para fabricar o receptor Phased Array multibanda de canal duplo proposto, a equipe usou um processo CMOS de 65 nm. O tamanho do chip foi medido em apenas 3,2 mm x 1,4 mm, que incluía o receptor com dois canais.
A equipe adotou uma abordagem em três frentes para resolver os problemas com a comunicação 5G NR. A primeira foi usar uma técnica de seleção harmônica usando um oscilador local trifásico (LO) para acionar o mixer. Essa técnica diminuiu a cobertura de frequência LO necessária, permitindo a conversão descendente multibanda. A segunda foi usar um amplificador de baixo ruído (LNA) multibanda de modo duplo. A estrutura LNA não apenas melhorou a eficiência de energia e a tolerância do bloqueador interbanda (reduzindo a interferência de outras bandas), mas também alcançou um bom equilíbrio entre o desempenho do circuito e a área do chip. Finalmente, o terceiro pino era o receptor, que utilizava a arquitetura de um receptor Hartley para melhorar as rejeições de imagem. A equipe introduziu um filtro polifásico (PPF) de tipo híbrido de estágio único para seleção de banda lateral e calibração de rejeição de imagem.
A equipe descobriu que a técnica proposta superou outros receptores multibanda de última geração. A técnica de seleção de harmônicos permitiu a operação entre (24,25 — 71) GHz enquanto exibia rejeição do bloqueador entre bandas acima de 36 dB. Além disso, a energia consumida pelo receptor era baixa (36 mW, 32 mW, 51 mW e 75 mW nas frequências de 28 GHz, 39 GHz, 47,2 GHz e 60,1 GHz, respectivamente).
“Ao combinar um LNA multibanda de modo duplo com um filtro polifásico, o dispositivo realiza rejeições para bloqueadores interbanda melhor do que outros filtros de última geração. Isso significa que, para as bandas usadas atualmente, as rejeições são melhores do que 50dB e acima de 36dB para toda a região de operação suportada (24-71) GHz. Com novas bandas de frequência 5G no horizonte, esses receptores de banda larga de baixo ruído serão úteis”, conclui um otimista Prof. Okada.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Instituto de Tecnologia de Tóquio. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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