Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben een kleine, maar ongelooflijk snel betrouwbaar, en nauwkeurige 28-GHz transceiver bedoeld voor stabiele 5G-communicatie met hoge snelheid. De gefabriceerde transceiver overtreft eerdere ontwerpen in verschillende opzichten door een nieuwe benadering voor straalbesturing te volgen.

Het belang van draadloze communicatie is duidelijk in moderne samenlevingen, en daarom, er is veel werk verzet op het gebied van 5G-communicatie, aangezien dit de aanstaande grote stap is in mobiele netwerken. De nieuwe standaard voor mobiele netwerken belooft datasnelheden en snelheden die minstens een orde van grootte hoger zijn dan die van 4G (LTE), terwijl zelfs kleinere antennes en radiofrequentie (RF) transceivers mogelijk zijn vanwege de hogere gebruikte frequenties.

De meeste ultramoderne zendontvangers die zijn ontworpen voor 5G, maken gebruik van RF-faseverschuivers. Nauwkeurige faseverschuiving is belangrijk omdat het de zendontvanger in staat stelt de hoofdlob van het stralingspatroon van de antennearray te geleiden; met andere woorden, het wordt gebruikt om de antenne-array in een specifieke richting te "richten" zodat beide communicerende uiteinden (zender en ontvanger) signalen uitwisselen met het hoogst mogelijke vermogen. Echter, het gebruik van RF-faseverschuivers brengt bepaalde complicaties met zich mee en haalt niet helemaal de snit voor 5G.

Hierdoor gemotiveerd, een team van wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology, onder leiding van universitair hoofddocent Kenichi Okada, ontwikkelde een 28-GHz transceiver met behulp van een lokale oscillator (LO) faseverschuivingsbenadering. In plaats van meerdere RF-faseverschuivers te gebruiken, ze ontwierpen een circuit waarmee de zendontvanger de fase van een lokale oscillator kan verschuiven in stappen van 0,04° met minimale fout. Beurtelings, dit zorgt voor een beam-steing resolutie van 0,1°, wat een verbetering van een orde van grootte betekent in vergelijking met eerdere ontwerpen (wat betekent dat de antenne-array kan worden gemaakt om precies in de gewenste richting te wijzen).

Bovendien, de voorgestelde LO-faseverschuivingsbenadering lost een ander probleem op van het gebruik van meerdere RF-faseverschuivers:kalibratiecomplexiteit. RF-faseverschuivers vereisen nauwkeurige en complexe kalibratie, zodat hun versterking onveranderlijk blijft tijdens fase-afstemming, wat een zeer belangrijke vereiste is voor de juiste werking van het apparaat. De situatie wordt erger naarmate de array groter wordt. Anderzijds, de voorgestelde faseverschuivingsbenadering resulteert in een versterkingsvariatie die zeer dicht bij nul ligt over het gehele 360°-bereik.

wonderbaarlijk, de transceiver die het onderzoeksteam ontwierp, werd geïmplementeerd in een printplaat van slechts 4 mm × 3 mm met minimale componenten, zoals weergegeven in figuur 1. Ze vergeleken de prestaties van hun apparaat met die van andere state-of-the-art transceivers voor 5G. De datasnelheid die ze bereikten was ongeveer 10 Gb/s hoger dan die met andere methoden, terwijl een fasefout en versterkingsvariaties een orde van grootte lager worden gehandhaafd.

De resultaten van deze studie worden gepresenteerd op het 2018 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium in de RMo2A-sessie. De voorgestelde LO-faseverschuivingsaanpak zal hopelijk helpen om de langverwachte inzet van 5G mobiele netwerken en de ontwikkeling van betrouwbaardere en snellere draadloze communicatie tot stand te brengen.