有個(gè)研究小組成員研發(fā)了一種無(wú)線收發(fā)器晶片，能夠傳輸超過(guò)100GHz的訊號(hào)，而且比現(xiàn)有系統(tǒng)能耗低，其成本也低。該收發(fā)器的傳輸頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于任何與5G蜂巢通訊有關(guān)的頻率，所以研究人員將該元件描述為“超越5G”。

他們終極目標(biāo)不僅是超越5G，而是創(chuàng)造一條技術(shù)途徑，使無(wú)線系統(tǒng)能夠與光纖相抗衡。

來(lái)自加州大學(xué)爾灣分校(UCI)奈米通訊積體電路(NCIC)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)打造了一顆4.4mm2的晶片，該晶片比目前任何可用的晶片處理數(shù)位訊號(hào)的速度明顯快很多，而且更節(jié)能。這是利用一種獨(dú)特的數(shù)位-類(lèi)比架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)透過(guò)調(diào)變類(lèi)比和射頻(RF)域中的數(shù)位位元來(lái)顯著降低數(shù)位處理的需求。研究人員稱(chēng)，他們已經(jīng)利用這種方法克服了摩爾定律的局限性。

他們采用55奈米的SiGe BiCMOS制程制造了單通道115~135GHz接收器原型。經(jīng)測(cè)量，該元件在30cm的傳輸距離下，無(wú)線資料傳輸速率為36Gbps。在接收端，8PSK訊號(hào)片上解調(diào)的誤碼率(BER)為1e-6。在此誤碼率下測(cè)量的接收器靈敏度為-41.28dBm。包括襯墊和測(cè)試線路(2.5mm2的有效區(qū)域)在內(nèi)，該原型占了2.5×3.5mm2的裸片面積。它所消耗的直流總功率為200.25mW，最大變頻增益為32dB，最小雜訊系數(shù)是10.3dB。

20191112NT31P1采用55奈米SiGe BiCMOS制程制造的NCIC的單通道115~135GHz接收器原型，經(jīng)測(cè)量，該元件在30cm的傳輸距離下，其無(wú)線資料傳輸速率為36Gbps。(圖片來(lái)源：UCI)

他們的創(chuàng)新在最近發(fā)表于《IEEE Journal of Solid State Circuits》上的一篇名為《115~135GHz 8PSK接收機(jī)采用基于多相位RF相關(guān)的直接解調(diào)方法(A 115-135-GHz 8PSK Receiver Using Multi-Phase RF-Correlation-Based Direct-Demodulation Method)》的論文里有概述。其中介紹了接收機(jī)的原理、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。RF-to-bits接收架構(gòu)的輸出是解調(diào)位元，因此無(wú)需高功耗、高解析度資料轉(zhuǎn)換器。

資深作者Payam Heydari，亦為NCIC實(shí)驗(yàn)室主任、UCI電子工程和電腦科學(xué)教授指出，長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)術(shù)研究人員和通訊電路工程師一直想搞清楚無(wú)線系統(tǒng)是否能夠達(dá)到光纖網(wǎng)路的高性能和速度。“如果這種可能性能變成現(xiàn)實(shí)，將會(huì)改變電信產(chǎn)業(yè)，因?yàn)榕c有線系統(tǒng)相比，無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了許多優(yōu)勢(shì)。”

Heydari表示，他們團(tuán)隊(duì)的無(wú)線電收發(fā)器晶片(他們已將其稱(chēng)為“超越5G”)，超越了5G的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，并將其帶入了6G標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域，該標(biāo)準(zhǔn)可望在100GHz及以上工作。研究小組稱(chēng)，隨著美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(Federal Communications Commission；FCC)最近開(kāi)放了100GHz以上的新頻段，他們的新收發(fā)器是首個(gè)在該頻段提供端到端功能的收發(fā)器。

克服摩爾定律局限性

據(jù)Heydari稱(chēng)，透過(guò)在收發(fā)器中調(diào)變和解調(diào)來(lái)改變訊號(hào)的頻率，傳統(tǒng)意義上是利用數(shù)位處理實(shí)現(xiàn)。但是近幾年，IC工程師已經(jīng)開(kāi)始注意到該方法的物理局限性。

“根據(jù)摩爾定律，我們應(yīng)該能夠透過(guò)減小電晶體(就像在發(fā)射器和接收器中看到的那樣)的尺寸來(lái)提高其速度，但現(xiàn)在情況已經(jīng)不同了。”Heydari說(shuō)道，“你不可能把電子分成兩半，所以我們已經(jīng)接近由半導(dǎo)體元件物理特性所決定的極限。”為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題，NCIC實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了在類(lèi)比域和RF域調(diào)變數(shù)位位元的技術(shù)，這使得晶片布局的成本更低，能耗也更低。

該團(tuán)隊(duì)表示，該技術(shù)與相控陣列系統(tǒng)相結(jié)合，利用多個(gè)天線來(lái)控制光束，有助于在無(wú)線資料傳輸和通訊方面實(shí)現(xiàn)一些顛覆性應(yīng)用。這也會(huì)讓資料中心不必再鋪設(shè)數(shù)英哩長(zhǎng)的光纖電纜，所以資料中心營(yíng)運(yùn)商可以實(shí)現(xiàn)超高速無(wú)線傳輸，并在硬體、冷卻和能源方面節(jié)省大量資金。

另外，TowerJazz和STMicroelectronics為本研究專(zhuān)案提供了半導(dǎo)體制造服務(wù)。