Een nieuwe draadloze transceiver uitgevonden door elektrotechnici aan de Universiteit van Californië, Irvine verhoogt radiofrequenties tot 100 gigahertz-territorium, de snelheid van de komende 5G verviervoudigen, of vijfde generatie, standaard voor draadloze communicatie.

Gelabeld als een "end-to-end zender-ontvanger" door zijn makers in UCI's Nanoscale Communication Integrated Circuits Labs, de 4,4-millimeter vierkante siliciumchip is in staat om digitale signalen aanzienlijk sneller en energiezuiniger te verwerken vanwege de unieke digitaal-analoge architectuur. De innovatie van het team wordt geschetst in een paper dat onlangs is gepubliceerd in de IEEE Journal of Solid-State Circuits .

"We noemen onze chip 'voorbij 5G' omdat de gecombineerde snelheid en datasnelheid die we kunnen bereiken twee ordes van grootte hoger is dan de mogelijkheden van de nieuwe draadloze standaard, " zei senior auteur Payam Heydari, NCIC Labs-directeur en UCI-hoogleraar elektrotechniek en informatica. "In aanvulling, werken in een hogere frequentie betekent dat u en ik en alle anderen een groter deel van de bandbreedte kunnen krijgen die door vervoerders wordt geboden."

Hij zei dat academische onderzoekers en technici van communicatiecircuits al lang willen weten of draadloze systemen in staat zijn tot de hoge prestaties en snelheden van glasvezelnetwerken. "Als zo'n mogelijkheid zich zou voordoen, het zou de telecommunicatie-industrie transformeren, omdat draadloze infrastructuur veel voordelen biedt ten opzichte van bekabelde systemen, ' zei Heydari.

Het antwoord van zijn groep is in de vorm van een nieuwe transceiver die een sprong over de 5G draadloze standaard - bestemd om te werken binnen het bereik van 28 tot 38 gigahertz - naar de 6G-standaard, die naar verwachting zal werken bij 100 gigahertz en hoger.

"De Federal Communications Commission heeft onlangs nieuwe frequentiebanden van meer dan 100 gigahertz geopend, " zei hoofdauteur en postdoctoraal onderzoeker Hossein Mohammadnezhad, een UCI-afstudeerstudent ten tijde van het werk die dit jaar een Ph.D. in elektrotechniek en informatica. "Onze nieuwe transceiver is de eerste die end-to-end-mogelijkheden biedt in dit deel van het spectrum."

Het hebben van zenders en ontvangers die dergelijke hoogfrequente datacommunicatie aankunnen, zal van vitaal belang zijn bij het inluiden van een nieuw draadloos tijdperk dat wordt gedomineerd door het "internet of things, "zelfrijdende voertuigen, en enorm uitgebreide breedband voor het streamen van high-definition video-inhoud en meer.

Hoewel deze digitale droom al tientallen jaren technologieontwikkelaars drijft, Er beginnen struikelblokken te verschijnen op de weg naar vooruitgang. Volgens Heydari, het veranderen van frequenties van signalen door modulatie en demodulatie in transceivers gebeurt traditioneel via digitale verwerking, maar ingenieurs van geïntegreerde schakelingen zijn de afgelopen jaren de fysieke beperkingen van deze methode gaan inzien.

"De wet van Moore zegt dat we in staat moeten zijn om de snelheid van transistors te verhogen - zoals die je zou vinden in zenders en ontvangers - door hun grootte te verkleinen, maar dat is niet meer zo, " zei hij. "Je kunt elektronen niet in tweeën breken, dus we hebben de niveaus benaderd die worden bepaald door de fysica van halfgeleiderapparaten."

Om dit probleem te omzeilen, NCIC Labs-onderzoekers gebruikten een chiparchitectuur die de digitale verwerkingsvereisten aanzienlijk versoepelt door de digitale bits in de analoge en radiofrequentiedomeinen te moduleren.

Heydari zei dat naast het mogelijk maken van de overdracht van signalen in het bereik van 100 gigahertz, de unieke lay-out van de transceiver maakt het mogelijk om aanzienlijk minder energie te verbruiken dan de huidige systemen tegen lagere totale kosten, de weg vrijmaakt voor wijdverbreide acceptatie in de markt voor consumentenelektronica.

Co-auteur Huan Wang, een UCI-promovendus in elektrotechniek en informatica en lid van NCIC Labs, zei dat de technologie in combinatie met phased array-systemen - die meerdere antennes gebruiken om bundels te sturen - een aantal ontwrichtende toepassingen in draadloze gegevensoverdracht en communicatie mogelijk maakt.

"Onze innovatie elimineert de noodzaak voor kilometerslange glasvezelkabels in datacenters, zodat operators van datafarms ultrasnelle draadloze overdracht kunnen doen en aanzienlijk geld kunnen besparen op hardware, koeling en kracht, " hij zei.