法国技术研究机构CEA-Leti近日展示了一项采用简单的混合信号RF架构实现140GHz频率上100 Gbps传输速率的技术。该机构正在探索超越5G的技术线路，尝试在频率110GHz至170GHz范围的D波段频谱上实现6G应用。
法国技术研究机构CEA-Leti近日展示了一项采用简单的混合信号RF架构实现140GHz频率上100 Gbps传输速率的技术。该机构正在探索超越5G的技术线路，尝试在频率110GHz至170GHz范围的D波段频谱上实现6G应用。
毫米波（mmWave）无线通信的频段范围从20 GHz到300 GHz，其巨大的带宽资源可支持超高数据速率的通信，因而有望成为6G无线系统的关键支撑技术。在毫米波频段范围内，CEA-Leti专注于研究D频段，即可能对6G无线通信起关键作用的140 GHz频段。
CEA-Leti和法国工程公司Siradel在一篇题为“超越5G无线连接的D波段技术规划”的论文中提到（这篇论文原定在3月举行的6G无线峰会上发布，但后来峰会被取消），他们的研究人员正在考虑几种超越5G的应用，其中包括高容量回程、增强热点基站和短距离设备间通信。这些应用对数据传输速度的需求（通常要求每单元或每链路速率大于100 Gbps）已超越了5G能力，并且不受次太赫(sub-THz)频段主要限制的影响。
该论文概述了一些潜在应用以及实现这些应用所面临的挑战，还介绍了新频谱中的应用场景，并且讨论了应用场景需求与当前构建6G路线图的芯片技术限制之间的权衡。
CEA-Leti科学家Jean-Baptiste Doré是该论文的作者之一，他接受了EE Times的采访。在被问及芯片的局限时说道：“利用CMOS，我们仍然可以为D波段的低频部分设计芯片组。但现在我们已经处于CMOS在这些频率下所能达到的物理极限。”因为CMOS技术无法制造sub-THz应用所需的最大晶体管频率器件，CEA-Leti一直在研究针对这些应用所采用的创新架构，来优化RF电路设计，以及新材料和器件，以满足D波段及更高频率的需求。
图1：安装在D波段发射阵列焦点源背面的天线驱动器IC（图片来源：CEA-Leti）
Doré补充说：“D波段无线通信面临的挑战包括自由空间波传播损耗，这种损耗会按照频率平方的比例而增加，必须使用高增益天线来补偿，而这给天线的方向性和校准带来了严格的限制。”
这些限制因素包括对sub-THz波传播的物理阻碍，如被墙壁、树木甚至窗户阻挡，或大幅度衰减。即使在通畅的传播路径中，也仍然需要高增益天线。为了应对这一挑战，CEA-Leti正在设计具有高指向性和电子可操纵性的尖端天线。
这些支持6G的关键技术设计已经启动，包括研究sub-THz频段需要采用的新材料和器件、增强型RF CMOS架构和天线系统，以及高性能的数字处理。Doré说：“Leti目前正在探索集成RF芯片组和天线设计的技术路线图。我们已经开始研究可集成CMOS的sub-THz频段新技术，已开始进行天线和芯片组的设计，”而且他们正在探讨系统级芯片和（或）系统级封装上的异构集成。
图2：CEA-Leti于近日展示的D波段100Gbps传输中使用的通道绑定架构（图片来源：CEA-Leti）
“对于设备到设备间的通信，我们已经证明了利用空间复用和简单的RF架构即可实现Gbps级别的吞吐量，”Doré表示。“我们的主要研究结果是，利用拟定的混合信号、模拟和数字技术，晶体管可以传输的所需功率被限制在微瓦级（10 ^ -6 Watts），这为我们采用CMOS技术提供了可能性。”
CEA-Leti表示，140GHz通信已在进行现场试运行，目前正在努力寻找能够满足高性能和低成本要求的集成模块。Doré说：“我们已经有一些合作伙伴，但还在寻找更多的资金支持以继续开发这项技术。”不过，Doré拒绝透露具体的合作伙伴，但提到其中有一家是知名的半导体厂商。
责编：Amy Guan
本文为《电子工程专辑》2020年7月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅
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