Tutkasiru 6G-integroituun sensori- ja viestintätekniikkaan

Integroitu sensori- ja viestintäteknologia (ISAC), joka yhdistää langattoman tiedonsiirron tutkamaiseen ympäristön sensorointiin yhdessä järjestelmässä, on laajalti pidetty tärkeänä suuntauksena Beyond 5G- ja 6G-tutkimuksessa.

Sen käyttöönoton uudella taajuusalueella 3, 7,125–24,25 GHz, odotetaan tukevan sovelluksia, kuten älykkäitä kaupunkeja, teollista esineiden internetiä (IoT) ja laajamittaisia verkkoon kytkettyjä laitteita.

Yksi tällaisten järjestelmien keskeisistä laitteistovaatimuksista on kyky mitata etäisyyttä ja liikettä suurella tarkkuudella. Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä taajuusmoduloitua jatkuvaa aaltoa (FMCW) käyttävää tutkaa, joka lähettää signaaleja, joiden taajuus muuttuu lineaarisesti ajan kuluessa, ja analysoi lähetettyjen ja heijastuneiden aaltojen välisen eron määrittääkseen kohteen etäisyyden ja nopeuden.

Tällaisen tutkan suorituskyky riippuu sekä erittäin nopeiden (korkea chirp-nopeus) että erittäin lineaaristen chirp-signaalien tuottamisesta.

Japanilaisen Science Institute Tokion (Science Tokyo) professori Kenichi Okadan johtama tutkimusryhmä, on kehittänyt kompaktin, vähän virtaa kuluttavan FMCW-tutkasignaaligeneraattorisirun, joka toimii 9,7 GHz:n taajuudella ja käyttää tyypin III syntetisaattoriarkkitehtuuria. Ydinpiiri vie vain 0,24 mm2 ja kuluttaa käytön aikana noin 9,8 mW, joten se soveltuu integroitavaksi reuna- ja IoT-laitteisiin.

"Ehdotimme uutta piiriarkkitehtuuria, joka tuottaa chirp- eli sirinäsignaaleja, jotka täyttävät sekä nopeasti liikkuvan kohteen havaitsemiseen tarvittavan korkean sirinänopeuden että korkean resoluution etäisyysmittaukseen tarvittavan laajan kaistanleveyden.

Lisäksi ne täyttävät FMCW-tutkan tarkkojen mittausten edellyttämän korkean lineaarisuuden vaatimukset kompensoimalla itse piirin jänniteohjatun oskillaattorin (VCO) epälineaarisuuden", Okada sanoo.

Tutkijat valmistivat prototyyppisirun käyttäen 65 nanometrin CMOS-prosessia ja osoittivat sen tuottavan 9,7 GHz:n taajuudella 1 GHz:n pyyhkäisykaistanleveydellä. "Se saavuttaa lyhimmän 0,57 μs:n chirp-keston, 40 ns:n paluun ja 1562,8 MHz/μs:n sirp-taajuuden, mikä tuottaa 1 GHz:n kaistanleveyden 0,094 %:n rms FM-virheellä", Okada sanoo.

Tämä ratkaisu ratkaisee onnistuneesti pitkään jatkuneen kompromissin sirinänopeuden ja signaalin lineaarisuuden välillä FMCW-tutkassa. Se on tärkeä askel kohti ISAC:n käytännön käyttöönottoa laajassa valikoimassa reuna- ja IoT-laitteita, mikä tuo meidät lähemmäksi saumattomaan 6G-yhteiskuntaan.

Aiheesta aiemmin:

Nopempi koherentti LiDAR

Pitkän kantaman takaisinsirontaa