美國研發(fā)出全新無線收發(fā)器：傳輸速率可達(dá)120Gbps，可媲美光纖

1月27日消息，據(jù)外媒Tom's hardware報(bào)道，美國加州大學(xué)爾灣分校的研究人員最近開發(fā)出了一款全新的無線收發(fā)器，能利用140GHz 頻段以高達(dá)120Gbps的超高速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相當(dāng)于每秒傳輸15GB大小的文件，速度是Wi-Fi 7（30 Gbps）的4倍，是5G網(wǎng)絡(luò)的12倍以上，達(dá)到了可以與多數(shù)數(shù)據(jù)中心和商用光纖的約100Gbps的速度。

該研究團(tuán)隊(duì)在《IEEE固態(tài)電路期刊》基于該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)表了兩篇論文，分別是《An Antenna-to-Bits F-Band 120-Gbps CMOS RF-64QAM Receiver》和《A Bits-to-Antenna F-Band 120-Gb/s CMOS RF-64QAM Transmitter for FutureG Wireless Links》，介紹了該無線發(fā)射器和接收器的設(shè)計(jì)。

其中，無線發(fā)射器（TX）是完全集成在45納米CMOS SOI中，能夠?qū)崿F(xiàn)超過100 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。在射頻域內(nèi)直接形成64QAM星座的獨(dú)特方法，使用三個(gè)QPSK子TX并控制振幅加權(quán)，有效緩解了功率放大器（PA）非線性在高階調(diào)制中帶來的復(fù)雜性。這一戰(zhàn)略性方法為帶寬和輸出功率的顯著提升打開了新途徑。論文還進(jìn)一步探討了該TX設(shè)計(jì)的額外優(yōu)勢，如局部振蕩器（LO）泄漏抑制和提升輸出功率，同時(shí)詳細(xì)介紹了電路塊實(shí)現(xiàn)的具體情況。RF-64QAM TX原型采用40 GHz射頻帶寬，測量數(shù)據(jù)傳輸速率為120 Gb/s，有效各向同性輻射功率（EIRP）為16 dBm。

無線接收器（RX）是一款CMOS 100–140 GHz端到端接收器，它將天線輸入整合到比特流輸出，同時(shí)在模擬域完全解調(diào)64QAM/16QAM/QPSK信號。一種順序異步解調(diào)方法使得120 Gbps的運(yùn)行速度同時(shí)基帶功耗顯著較低。RX采用22納米FDSOI CMOS工藝制造，實(shí)現(xiàn)32 dB的峰值轉(zhuǎn)換增益和9.5 dB的最小噪聲系數(shù)（NF）。在15厘米距離的無線鏈路測量中，展示了QPSK、16QAM和64QAM在誤差矢量大小分別為?12、?17.5和?17.2 dB時(shí)的實(shí)時(shí)解調(diào)。RX原型占用2.5×3平方毫米的芯片面積，包括墊環(huán)和測試結(jié)構(gòu)，耗電230毫瓦。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了在納米級CMOS中實(shí)現(xiàn)低功耗、亞太赫茲、高速RX的可行性。

論壇主要作者Zisong Wang表示，聯(lián)邦通訊委員會(huì)和6G標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正將100GHz頻譜視為新前線，但傳統(tǒng)發(fā)射器因采DAC而復(fù)雜耗電，面臨所謂DAC瓶頸。突破點(diǎn)于在拿掉傳統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），改為采三個(gè)同步子發(fā)射器直接從數(shù)字信號發(fā)送模擬信號。

該新技術(shù)另一個(gè)優(yōu)勢是高能效，硅材料是以22奈米制造，使用CMOS SOI工藝，比臺(tái)積電和三星電子最先進(jìn)的2納米更容易生產(chǎn)，更容易具成本效益并大規(guī)模生產(chǎn)，促進(jìn)消費(fèi)電子產(chǎn)品快速采用。新技術(shù)還可當(dāng)作數(shù)據(jù)中心所需的長距離布線替代方案，降低建設(shè)營運(yùn)成本。

當(dāng)然該新技術(shù)也有挑戰(zhàn)。目前5G毫米波的有效覆蓋范圍約300米，新技術(shù)有效范圍可能更小，除非出現(xiàn)創(chuàng)新擴(kuò)展高速無線涵蓋范圍，否則將難以實(shí)現(xiàn)長距離傳輸。

編輯：芯智訊-林子