传输超过100GHz的无线收发器能超越5G？

有个研究小组成员研发了一种无线收发器晶片，能够传输超过100GHz的讯号，而且比现有系统能耗低，其成本也低。该收发器的传输频率远远高于任何与5G蜂巢通讯有关的频率，所以研究人员将该元件描述为“超越5G”。

他们终极目标不仅是超越5G，而是创造一条技术途径，使无线系统能够与光纤相抗衡。

来自加州大学尔湾分校(UCI)奈米通讯积体电路(NCIC)实验室团队打造了一颗4.4mm2的晶片，该晶片比目前任何可用的晶片处理数位讯号的速度明显快很多，而且更节能。这是利用一种独特的数位-类比架构实现，这种结构透过调变类比和射频(RF)域中的数位位元来显著降低数位处理的需求。研究人员称，他们已经利用这种方法克服了摩尔定律的局限性。

他们采用55奈米的SiGe BiCMOS制程制造了单通道115~135GHz接收器原型。经测量，该元件在30cm的传输距离下，无线资料传输速率为36Gbps。在接收端，8PSK讯号片上解调的误码率(BER)为1e-6。在此误码率下测量的接收器灵敏度为-41.28dBm。包括衬垫和测试线路(2.5mm2的有效区域)在内，该原型占了2.5×3.5mm2的裸片面积。它所消耗的直流总功率为200.25mW，最大变频增益为32dB，最小杂讯系数是10.3dB。

20191112NT31P1采用55奈米SiGe BiCMOS制程制造的NCIC的单通道115~135GHz接收器原型，经测量，该元件在30cm的传输距离下，其无线资料传输速率为36Gbps。(图片来源：UCI)

他们的创新在最近发表于《IEEE Journal of Solid State Circuits》上的一篇名为《115~135GHz 8PSK接收机采用基于多相位RF相关的直接解调方法(A 115-135-GHz 8PSK Receiver Using Multi-Phase RF-Correlation-Based Direct-Demodulation Method)》的论文里有概述。其中介绍了接收机的原理、设计和实现。RF-to-bits接收架构的输出是解调位元，因此无需高功耗、高解析度资料转换器。

资深作者Payam Heydari，亦为NCIC实验室主任、UCI电子工程和电脑科学教授指出，长期以来，学术研究人员和通讯电路工程师一直想搞清楚无线系统是否能够达到光纤网路的高性能和速度。“如果这种可能性能变成现实，将会改变电信产业，因为与有线系统相比，无线基础设施带来了许多优势。”

Heydari表示，他们团队的无线电收发器晶片(他们已将其称为“超越5G”)，超越了5G的无线标准，并将其带入了6G标准领域，该标准可望在100GHz及以上工作。研究小组称，随着美国联邦通讯委员会(Federal Communications Commission；FCC)最近开放了100GHz以上的新频段，他们的新收发器是首个在该频段提供端到端功能的收发器。

克服摩尔定律局限性

据Heydari称，透过在收发器中调变和解调来改变讯号的频率，传统意义上是利用数位处理实现。但是近几年，IC工程师已经开始注意到该方法的物理局限性。

“根据摩尔定律，我们应该能够透过减小电晶体(就像在发射器和接收器中看到的那样)的尺寸来提高其速度，但现在情况已经不同了。”Heydari说道，“你不可能把电子分成两半，所以我们已经接近由半导体元件物理特性所决定的极限。”为了应对这个问题，NCIC实验室开发了在类比域和RF域调变数位位元的技术，这使得晶片布局的成本更低，能耗也更低。

该团队表示，该技术与相控阵列系统相结合，利用多个天线来控制光束，有助于在无线资料传输和通讯方面实现一些颠覆性应用。这也会让资料中心不必再铺设数英哩长的光纤电缆，所以资料中心营运商可以实现超高速无线传输，并在硬体、冷却和能源方面节省大量资金。

另外，TowerJazz和STMicroelectronics为本研究专案提供了半导体制造服务。