Langattomuus haastaa valokuitujen nopeudet

Kalifornia Irivine yliopiston sähköinsinöörien kehittämä uusi langattoman lähettimen ja vastaanottimen pari nostaa radiotaajuudet 140 gigahertsin alueelle, mikä mahdollistaa fyysisten valokuitukaapeleiden kanssa kilpailevat datansiirtonopeudet ja luo pohjan siirtymiselle 6G- ja FutureG-siirtoprotokolliin.

Lähettimen ja vastaanottimen luomiseksi UC Irvinen Samueli School of Engineeringin tutkijat kehittivät ainutlaatuisen arkkitehtuurin, joka yhdistää digitaalisen ja analogisen prosessoinnin. Tuloksena on piisirujärjestelmä, joka pystyy käsittelemään digitaalisia signaaleja huomattavasti nopeammin ja paljon energiatehokkaammin kuin aiemmin saatavilla olevat teknologiat.

UC Irvinen esittelee työtään kahdessa IEEE Journal of Solid-State Circuits -lehdessä julkaistussa artikkelissa. Toisessa insinöörit esittelevät "bits-to-antenna" -lähettimeksi kutsumastaan teknologiasta ja toisessa "antenna-to-bits" -vastaanottimestaan.

”Ymmärsimme, että saavuttaaksemme vaikeasti tavoiteltavan 100 gigabitin sekunnissa rajapyykin – joka on 100 kertaa nykyisten langattomien laitteiden nopeus – sulattamatta sirua, meidän oli ajateltava piirin topologia perusteellisesti uudelleen”, sanoo molempien tutkimusartikkelien vanhempi kirjoittaja Payam Heydari. ”Kuvittelimme uudenlaisia, täysin analogisia arkkitehtuureja, jotka voisivat ratkaista suurnopeussuunnittelua vaivaavat vakavat tehonkulutuksen kompromissit.”

Tiimin jäsenet ymmärsivät, että nopeuksien kasvaessa digitaalisen ja analogisen välisen rajan oli siirryttävä. Siirtämällä raskaan työn analogiseen alueelle he voisivat ohittaa tehottomuudet, jotka rajoittavat tavallisia 5G-siruja. Heydari sanoi, että akateemiset tutkijat ja tietoliikenneinsinöörit ovat jo pitkään kohdanneet pullonkaulan: Langattomien nopeuksien kasvaessa datan käsittelyyn tarvittava teho yleensä kasvaa räjähdysmäisesti.

”Jos pitäytyisimme perinteisissä menetelmissä, seuraavan sukupolven laitteiden akunkesto kutistuisi minuutteihin”, hän sanoi. ”Ryhmämme ratkaisu on lähetin-vastaanottimen pari, joka ohittaa nykyiset rajoitukset suorittamalla monimutkaisia laskelmia analogisella alueella virtaa kuluttavan digitaalisen alueen sijaan.”

Hän sanoi, että tiimin uusi lähetin poistaa DA-muuntimen kokonaan rakentamalla signaaleja suoraan radiotaajuusalueella käyttämällä kolmea synkronoitua alilähetintä.

Ja toisaalta; ”Kehitimme tekniikan nimeltä hierarkkinen analoginen demodulointi”, Youssef Hassan selitti. ”Hajauttamalla signaalin hierarkkisesti analogisessa alueessa ja kuorimalla monimutkaiset datakerrokset ennen niiden digitointia, poimimme datan käyttämällä murto-osan tyypillisestä käyttötehosta.”

Innovaatiomme poistaa kilometrien pituisten monimutkaisten kuparikaapeleiden tarpeen datakeskusten sisällä”, hän sanoi. ”Datafarmien operaattorit voivat luoda ultranopeita langattomia linkkejä palvelinräkkien välille, mikä säästää huomattavasti rahaa laitteistossa, jäähdytyksessä ja sähkössä.”

Heydari lisäsi, että tutkimusprojektin tukena käytettiin rutiininomaisia puolijohdevalmistuspalveluita, mikä osoitti, että näitä tehokkaita siruja voidaan valmistaa standardinmukaisilla valmistusprosesseilla.

Aiheesta aiemmin:

Fotoniprosessori voisi virtaviivaistaa 6Gn signaalinkäsittelyn

Kohti RF-ketjusta vapaata langattomuutta

Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille