Forskare vid Tokyo Institute of Technology har designat och tillverkat en liten, men otroligt snabbt, pålitlig, och noggrann 28-GHz transceiver avsedd för stabil höghastighets 5G-kommunikation. Den tillverkade transceivern överträffar tidigare konstruktioner i olika avseenden genom att ta ett nytt tillvägagångssätt för strålstyrning.

Vikten av trådlös kommunikation är uppenbar i moderna samhällen, och sålunda, mycket arbete har lagts ner på 5G-kommunikation eftersom det är det kommande stora steget inom mobila nätverk. Den nya standarden för mobilnät lovar datahastigheter och hastigheter som är minst en storleksordning högre än för 4G (LTE), samtidigt som det till och med tillåter mindre antenner och radiofrekvenssändtagare (RF) på grund av de högre frekvenserna som används.

De flesta toppmoderna transceivrar designade för 5G använder RF-fasskiftare. Noggrann fasförskjutning är viktig eftersom den tillåter transceivern att styra huvudloben av strålningsmönstret för antennuppsättningen; med andra ord, den används för att "peka" antennuppsättningen mot en specifik riktning så att båda kommunicerande ändar (sändare och mottagare) utbyter signaler med högsta möjliga effekt. Dock, att använda RF-fasskiftare medför vissa komplikationer och klarar inte riktigt av för 5G.

Motiverad av detta, ett team av forskare vid Tokyo Institute of Technology, leds av docent Kenichi Okada, utvecklat en 28-GHz transceiver som använder en lokaloscillator (LO) fasförskjutning. Istället för att använda flera RF-fasskiftare, de designade en krets som gör att transceivern kan skifta fasen för en lokal oscillator i steg om 0,04° med minimalt fel. I tur och ordning, detta möjliggör en strålstyrningsupplösning på 0,1°, vilket representerar en förbättring av en storleksordning jämfört med tidigare konstruktioner (vilket innebär att antennuppsättningen kan fås att peka exakt mot önskad riktning).

Vad mer, den föreslagna LO-fasskiftningsmetoden löser ett annat problem med att använda flera RF-fasskiftare:kalibreringskomplexitet. RF fasskiftare kräver exakt och komplex kalibrering så att deras förstärkning förblir oföränderlig under fasinställning, vilket är ett mycket viktigt krav för korrekt funktion av enheten. Situationen blir värre när arrayen ökar i storlek. Å andra sidan, den föreslagna fasförskjutningsmetoden resulterar i en förstärkningsvariation som är mycket nära noll över hela 360°-området.

Otroligt, transceivern som forskargruppen designade implementerades i ett kretskort som endast mätte 4 mm × 3 mm med minimala komponenter, som visas i figur 1. De jämförde prestandan hos sin enhet med den hos andra toppmoderna transceivrar för 5G. Datahastigheten de uppnådde var ungefär 10 Gb/s högre än den som uppnåddes med andra metoder, samtidigt som ett fasfel och förstärkningsvariationer bibehålls en storleksordning lägre.

Resultaten av denna studie presenteras vid 2018 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium i RMo2A-sessionen. Det föreslagna LO-fasskiftande tillvägagångssättet kommer förhoppningsvis att bidra till att föra fram den efterlängtade utbyggnaden av 5G-mobilnät och utvecklingen av mer tillförlitlig och snabbare trådlös kommunikation.