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d波段可能是6G研究的前进之路

5月23日,2020年通过尼古拉斯圣约翰

目前,5G在主舞台上。但在窗帘后面,6G可能不会像我们想象的那么远。

虽然世界其他地方正在掌握5G技术,但研究人员正在为6G奠定基础。这将超越5克的电流能力,超过10 Gbps数据速率和1毫秒的延迟。它还可以通过4G LTE连接到100倍的设备,并提供1,000倍的带宽以及其他改进,由Thales中指出5G技术综述

6G频谱和KPI靶标

6G频谱和KPI目标。图片由6克研究愿景

现在,我们知道最少满足6G需要满足,但我们将如何做到这一点?为了回答这个问题,研究人员正在调查将正在传输和接收这些信号的频率范围和电路。

d波段和6G波段

根据电子实验室CEA-Leti写的一篇论文,通过波浪通信雷竞技最新app毫米频段(MMWaves) - 特殊地是D波段 - 是6G技术将旅行的通道。D频带只是无线通信的指定频率范围集。在一个介绍d带,诺基亚概述了这些范围:

  • 130-134 GHz
  • 141-148.5 GHz
  • 151.5 - -155.5 GHz
  • 155.5 - -158.5 GHz
  • -164年158.5 GHz
  • 167 - 174.7 GHz

这些总共高达31.7 GHz的频率可以用于6g,这是很大的带宽!这是与近似相比较5G的带宽的13 GHz高通(Qualcomm)表示。这次升级可以使每个单位区域有更多的连接。当这些频率是开放的,物理屏障会对这些波产生影响。CEA-Leti建议需要高增益天线和电路。

电路直达D波挑战

格勒诺布尔大学创造了一种设计,具有这样一个高增益天线。该天线模块利用一些D波段,在114GHz和138GHz之间工作,最大为25dBi增益,最小增益为22 dBi。

该电路通过集成的倍频器实现超快速短程通信。该倍增器由一系列自混频器电路和放大级组成。自混频器使输出频率比输入信号增加一倍。下面是天线驱动电路和单个混频器阶段的电路的框图。

天线驱动器块图和布局

天线驱动程序块图和布局。图片由Francesco Foglia Manzillo等人

在总天线驱动电路中,标记为“输入巴伦”的部分是差分信号进入第一个混频器级的地方。用于混频器和放大器级的有源部分(晶体管电路——每个模块的橙色部分)尺寸相同,但输出电感和变压器(布局图中绿色的形状)在每一级都根据它们所处理的频率进行了优化。

因此,我们看到电感器和变压器随着频率的增加而降低尺寸。而且,虽然第一放大阶段是单个放大器,但相应的级是级联放大器,用于加倍每个阶段的增益。所有这些放大器都是相同的常见源伪差分阶段。

NMOS晶体管优化频率响应

现在,我们可以看到混频器原理图只实现了NMOS晶体管。这是因为CEA-Leti担心CMOS电路对d波段高频的响应能力。混频器电路实现两个晶体管用于差分输入(M5和M6),以下拉方式连接到差分对NMOS晶体管(M1和M2;M3, M4)。

自混阶段:原理图及变压器布局。

耦合变压器自混级原理图及布局图。图片由Francesco Foglia Manzillo等人

M1和M3分别接在输出变压器的一侧,第二侧接在M2和M4。

现在,由于M5和M6是由差分信号控制的,M1和M3传导在输入波的相反半周期。这意味着在前半个循环中,M1是封闭的,M3是开放的,在后半个循环中,M3是封闭的,M1是开放的。

M2和M4发生同样的事情。M1 / M3和M2 / M4的输出节点用于差分信号,并且是输入频率的两倍,因为晶体管组合在不同的半周期上截止。然后将混合器通过变压器耦合到以下扩增阶段。

该电路中所有的NMOS晶体管(混频器和放大器)都是低阈值晶体管,优化了电路的频率响应。

6G将如何前进?

D波段和新颖的电路设计如天线电路都可以是6G技术的良好初始框架。虽然我们有一个想法6G信号将在哪里旅行,但仍有很长的路要走。我们仍然需要使用此频段进行更长的范围沟通,并考虑大规模集成的挑战。

电子可转向天线

SIRADEL的射线追踪工具已经帮助美国航天局开发了一种电子可操控天线,以避免室外物体阻碍太赫兹无线性能。图片由CEA-Leti

d波段拥有远超5G的空间和能力,新的晶体管电路设计将允许天线发射和接收获得如此高的增益,这将使我们能够在高频上通信。

目前,5G已经登上了主舞台,但在幕后,6G可能并不像我们想象的那么遥远。