Le nouvel émetteur-récepteur à commutation de faisceau rapide fait passer la 5G au niveau supérieur

Des scientifiques de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) et de NEC Corporation ont développé conjointement un émetteur-récepteur à réseau phasé à 28 GHz qui prend en charge des communications 5G efficaces et fiables. L’émetteur-récepteur proposé surpasse les conceptions précédentes à divers égards en adaptant une commutation de faisceau rapide et un mécanisme d’annulation de fuite.

Avec l’émergence récente de technologies innovantes, telles que l’Internet des objets, les villes intelligentes, les véhicules autonomes et la mobilité intelligente, notre monde est au bord d’une nouvelle ère. Cela stimule l’utilisation de bandes d’ondes millimétriques, qui ont beaucoup plus de bande passante de signal, pour accueillir ces nouvelles idées. La 5G peut offrir des débits de données supérieurs à 10 Gbit/s grâce à l’utilisation de ces ondes millimétriques et de la technologie MIMO (multiple-in-multiple-out), qui utilise plusieurs émetteurs et récepteurs pour transférer plus de données en même temps.

Les émetteurs-récepteurs multiéléments à grande échelle sont cruciaux pour la mise en œuvre de ces systèmes MIMO. Alors que les systèmes MIMO améliorent les performances spectrales, les systèmes multiéléments à grande échelle sont confrontés à plusieurs défis, tels que l’augmentation de la dissipation de puissance et des coûts de mise en œuvre. L’un de ces défis critiques est la latence causée par le temps de commutation du faisceau. La commutation de faisceau est une caractéristique importante qui permet de sélectionner le faisceau le plus optimal pour chaque terminal. Une conception qui optimise le temps de commutation du faisceau et le coût du dispositif est donc souhaitable.

Motivés par cela, des scientifiques de l’Institut de technologie de Tokyo et de NEC Corporation au Japon ont collaboré pour développer un émetteur-récepteur à réseau phasé à 28 GHz qui prend en charge la commutation de faisceau rapide et la communication de données à grande vitesse. Leurs conclusions seront discutées lors des symposiums 2021 sur la technologie et les circuits VLSI, une conférence internationale qui explore les tendances émergentes et les concepts innovants dans la technologie et les circuits des semi-conducteurs.

La conception proposée facilite le fonctionnement à double polarisation, dans lequel les données sont transmises simultanément par des ondes à polarisation horizontale et verticale. Cependant, un problème avec ces systèmes est la fuite de polarisation croisée, qui entraîne une dégradation du signal, en particulier dans la bande des ondes millimétriques. L’équipe de recherche s’est penchée sur le problème et a développé une solution. Le professeur Kenichi Okada, qui a dirigé l’équipe de recherche, a déclaré : « Heureusement, nous avons pu concevoir une méthodologie de détection et d’annulation de polarisation croisée, à l’aide de laquelle nous avons pu supprimer les fuites en mode émission et réception. »

Une caractéristique essentielle du mécanisme proposé est la possibilité d’obtenir une commutation de faisceau à faible latence et un contrôle de faisceau de haute précision. Les éléments statiques contrôlent les blocs de construction du mécanisme, tandis que la SRAM sur puce est utilisée pour stocker les paramètres des différents faisceaux. Ce mécanisme permet d’obtenir une commutation de faisceau rapide avec une latence ultra-faible. Il permet également une commutation rapide dans les modes d’émission et de réception grâce à l’utilisation de registres séparés pour chaque mode.

Un autre aspect de l’émetteur-récepteur proposé est son faible coût et sa petite taille. L’émetteur-récepteur a une architecture bidirectionnelle, ce qui permet une taille de puce plus petite de 5 × 4,5 mm². Pour un total de 256 paramètres de faisceaux stockés dans la SRAM sur puce, un temps de commutation de faisceau de seulement 4 nanosecondes a été atteint ! La magnitude du vecteur d’erreur (EVM) – une mesure pour quantifier l’efficacité des signaux modulés numériquement tels que la modulation d’amplitude en quadrature (QAM) – a été calculée pour l’émetteur-récepteur proposé. L’émetteur-récepteur était pris en charge avec des EVM de 5,5% en 64QAM et 3,5% en 256QAM.

Par rapport aux émetteurs-récepteurs à réseau phasé 5G de pointe, le système a un temps de commutation de faisceau plus rapide et une excellente efficacité MIMO. Okada est optimiste quant à l’avenir de l’émetteur-récepteur à réseau phasé 28 GHz 5G. Il conclut que « la technologie que nous avons développée pour le réseau 5G NR prend en charge le streaming de données à grand volume avec une faible latence. Grâce à ses capacités de commutation de faisceau rapide, elle peut être utilisée dans des scénarios où une perception multi-utilisateurs améliorée est requise. Cet appareil définit le scène pour une myriade d’applications, y compris la connectivité des machines et la construction de villes et d’usines intelligentes. »