Французская организация CEA-Leti продемонстрировала передачу 100 Гбит/с на частоте 140 ГГц с использованием простой цифро-аналоговой РЧ-архитектуры. Передача была осуществлена в рамках работ по уточнению технологической маршрутной карты создания 6G-технологий, превосходящих возможности 5G, в спектре D-диапазона. Диапазон D охватывает частоты от 110 до 170 ГГц.

Ожидается, что беспроводная связь в диапазоне миллиметровых волн от 20 до 300 ГГц станет ключевой технологией для беспроводных систем 6G: огромная доступная полоса пропускания может обеспечить связь со сверхвысокой скоростью передачи данных. В этом спектре миллиметровых волн CEA-Leti исследует D-диапазон, ориентируясь на частоту 140 ГГц, способную сыграть важную роль для беспроводной связи 6G.

В документе, озаглавленном «Технологическая маршрутная карта для беспроводных подключений за пределами 5G в D-диапазоне» (Technology Roadmap for Beyond 5G Wireless Connectivity in D-band), который должен был быть представлен на отмененной конференции по беспроводной связи 6G (6G Wireless Summit) в марте 2020 г., CEA-Leti и французская инженерная фирма Siradel заявили, что их исследователи рассматривают несколько вопросов, выходящих за рамки 5G-приложений. К ним относятся транзитные передачи большой емкости, усовершенствованные информационные киоски в горячих точках и связь между устройствами на небольшом расстоянии. Требования к скорости передачи данных для этих приложений обычно превышают 100 Гбит/с на соту или канал, что выше пропускной способности 5G, и не зависят от основных ограничений, налагаемых частотами ниже ТГц.

В документе представлен обзор этих потенциальных приложений и проблем, связанных с их реализацией, а также сценарии применения в новом спектре. В обсуждение были включены компромиссы между требованиями сценария и текущими ограничениями кремниевой технологии для построения Маршрутной карты 6G.

На вопрос об ограничениях, налагаемых использованием кремниевой технологии, заданный в интервью EE Times, представитель CEA-Leti Жан-Батист Доре заявил: «С помощью КМОП-технологии мы все еще можем разрабатывать чиплеты для нижней части D-диапазона, но сегодня вплотную приблизились к границе того, что КМОП может обеспечить на этих частотах». Поскольку КМОП-технологии не позволяют создавать устройства, обеспечивающие максимальную частоту транзистора, необходимую для приложений с частотой менее ТГц, CEA-Leti исследует оптимизированные конструкции радиочастотных схем с инновационной архитектурой для этих приложений, а также новые материалы и устройства, предназначенные для частот D-диапазона и выше.

Проблемы использования беспроводной связи в D-диапазоне включают потери при распространении волн в свободном пространстве, которые увеличиваются с увеличением квадрата частоты и должны компенсироваться использованием антенн с высоким усилением. Это влечет за собой серьезные ограничения в отношении направленности и юстировки антенны.

Ограничения включают в себя физические барьеры для распространения суб-ТГц-волн, которые могут быть заблокированы или сильно ослаблены стенами, деревьями или даже окнами. Даже на свободном пути распространения сигнала требуются антенны с высоким усилением. Чтобы решить эту проблему, CEA-Leti разрабатывает технологии, выходящие за рамки современного уровня техники с высокой направленностью и электронно-управляемой антенной.

Разработка этих базовых технологий для развертывания 6G уже началась. Она включает в себя исследование новых материалов и устройств для суб-ТГц-диапазона, улучшенных РЧ-КМОП-архитектур и антенн, а также возможностей высокопроизводительной цифровой обработки сигнала. В Leti работают над технологической маршрутной картой создания интегрированного радиочастотного чипсета и конструкции антенны. Специалисты организации начали думать о новых технологиях для суб-ТГц-полос, которые могут интегрироваться с КМОП-технологией, и уже начали разработку антенн и чиплетов, параллельно изучая вопросы гетерогенной интеграции в «системах-на-кристалле» и «системах-в-модуле» (см. рисунок).

Источник: CEA-Leti

*УМ - усилитель мощности

Архитектура CEA-Leti для передачи данных со скоростью 100 Гбит/с в D-диапазоне

Исследователи CEA-Leti продемонстрировали, что для связи между устройствами можно достичь пропускной способности в несколько Гбит/с, применяя пространственное мультиплексирование и простую РЧ-архитектуру. Основной результат заключается в том, что с предлагаемой архитектурой, использующей цифро-аналоговые, аналоговые и цифровые блоки, требуемая мощность, передаваемая транзисторами, ограничена микроваттами (10^–6 Вт), что делает возможным использование КМОП-технологии

CEA-Leti уже проводит полевые испытания для осуществления связи на частоте 140 ГГц. Отмечается, что сейчас идут активные поиски интегрированного модуля, удовлетворяющего требованиям высокой производительности и низкой стоимости. У CEA-Leti уже есть несколько партнеров, сейчас организация ищет дополнительных спонсоров для разработки технологии.

Dahad Nitin. CEA-Leti Demos D-band RF Architecture for 6G Roadmap. EE Times magazine, May 20, 2020: https://www.eetimes.com/cea-leti-demos-d-band-rf-architecture-for-6g-roadmap/