Onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) en NEC Corporation, Japan, presenteren een 39 GHz-transceiver met ingebouwde kalibratie voor toepassingen van de vijfde generatie (5G). De te behalen voordelen zijn onder meer communicatie van betere kwaliteit en kosteneffectieve schaalbaarheid.

Een team van meer dan 20 onderzoekers van Tokyo Tech en NEC Corporation heeft met succes een 39 GHz-transceiver gedemonstreerd die kan worden gebruikt in de volgende golf van 5G draadloze apparatuur, waaronder basisstations, smartphones, tablets en Internet-of-Things (IoT) applicaties.

Hoewel onderzoeksgroepen, waaronder het huidige team, zich tot nu toe grotendeels hebben gericht op de ontwikkeling van 28 GHz-systemen, 39 GHz wordt een andere belangrijke frequentieband voor het realiseren van 5G in veel delen van de wereld.

De nieuwe transceiver is gebaseerd op een 64-element (4 x 16) phased-array-ontwerp. De ingebouwde versterkingsfasekalibratie betekent dat het de nauwkeurigheid van de bundelvorming kan verbeteren, en daardoor ongewenste straling verminderen en de signaalsterkte versterken.

Gefabriceerd in een standaard CMOS-proces van 65 nanometer, De goedkope, op silicium gebaseerde componenten van de transceiver maken hem ideaal voor massaproductie - een belangrijke overweging voor een versnelde implementatie van 5G-technologieën.

De onderzoekers toonden aan dat de ingebouwde kalibratie een zeer lage root-mean-square (RMS) fasefout van 0,08° heeft. Dit cijfer is een orde van grootte lager dan eerdere vergelijkbare resultaten. Hoewel tot nu toe ontwikkelde transceivers doorgaans last hebben van een hoge versterkingsvariatie van meer dan 1 dB, het nieuwe model heeft een maximale versterkingsvariatie van slechts 0,04 dB over het volledige 360°-afstembereik.

"We waren verrast om zo'n lage versterkingsvariatie te bereiken wanneer we de kalibratie daadwerkelijk gebruikten op basis van onze lokale-oscillator (LO) faseverschuivingsbenadering, " zegt projectleider, Kenichi Okada van Tokyo Tech.

In aanvulling, de zendontvanger heeft een maximaal equivalent isotroop uitgestraald vermogen (EIRP) van 53 dBm. Dit is een indrukwekkende indicatie van het uitgangsvermogen van de 64 antennes, zeggen de onderzoekers, vooral voor goedkope CMOS-implementatie.

Binnen testen (onder echovrije kameromstandigheden), waarbij een meter, meting via de ether, toonde aan dat de transceiver draadloze transmissie van een 400 MHz-signaal met 64QAM ondersteunt.

"Door de array-schaal te vergroten, we kunnen een grotere communicatieafstand bereiken, "Zegt Okada. "De uitdaging zal zijn om de transceiver te ontwikkelen voor gebruik in smartphones en basisstations voor 5G en daarbuiten."

Het werk wordt gepresenteerd op het 2019 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC) in Boston, Massachusetts, ONS, als onderdeel van de ochtendsessie (Session RTu2E) die op 4 juni 2019 wordt gehouden. De paper van dit werk "A 39 GHz 64-Element Phased-Array CMOS Transceiver with Built-in Calibration" door Yun Wang et al., ontving de prijs voor beste studentenpaper.