Preparando el escenario para 6G: un transceptor rápido y compacto para sub

9 de junio de 2023

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por el Instituto de Tecnología de Tokio

Un nuevo diseño de transceptor capaz de transmitir y recibir a frecuencias superiores a 100 GHz y a una velocidad de datos de 112 Gb/s podría allanar el camino hacia las tecnologías 6G, según informaron científicos de Tokyo Tech. Al suprimir efectivamente la autointerferencia causada por la fuga de la señal de transmisión en el receptor, la arquitectura propuesta alcanza tasas de datos sin precedentes mientras mantiene un tamaño sorprendentemente compacto.

Científicos e ingenieros en el campo de las telecomunicaciones ya están trabajando en las tecnologías que se utilizarán para las redes de sexta generación (6G). Idealmente, 6G debería ofrecer velocidades de datos de más de 100 gigabits por segundo (Gb/s) y admitir latencias extremadamente bajas para aplicaciones como automóviles autónomos y realidad virtual. Una forma de cumplir con estos requisitos masivos de transmisión y recepción es adoptar una arquitectura full-duplex (FD) que opere en frecuencias inferiores a THz de 88 a 136 GHz.

La principal ventaja de la arquitectura FD es que permite que un solo sistema transmita y reciba señales, duplicando efectivamente el rendimiento. Una forma de implementar esta arquitectura es hacer que los módulos de transmisión y recepción compartan una sola antena. Esto ayuda a reducir el tamaño del circuito y permite que ambas partes aprovechen al máximo el espectro de frecuencia disponible.

Sin embargo, las arquitecturas FD de antena única sufren mucho de autointerferencia (SI), un fenómeno en el que la señal transmitida se filtra hacia el lado del receptor. Dichos sistemas deben incluir circuitos para la cancelación de SI que intentan cancelar el SI generado inyectando una señal igual con la polaridad opuesta. En la banda de sub-THz, implementar una cancelación SI efectiva es mucho más desafiante que en frecuencias más bajas, lo que sigue siendo un obstáculo para los diseños de FD de antena única.

En este contexto, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), Japón, ha desarrollado recientemente un novedoso sistema de comunicación FD que aborda los obstáculos que plantea SI. El equipo de investigación del profesor Kenichi Okada presentó su diseño en el Simposio 2023 sobre tecnología y circuitos VLSI que se llevó a cabo del 11 al 16 de junio en Kioto, Japón.

Una de las principales características de su sistema es la implementación de una antena de parche de doble polarización. Está impulsado por señales diferenciales, una combinación de puertos de alimentación positivos y negativos para transmisión y recepción. Al hacer que las rutas de los circuitos de estos puertos sean altamente simétricas, se minimiza la falta de coincidencia de la señal transmitida que se filtra hacia los puertos del receptor diferencial, lo que ayuda a mantener el SI bajo. "Nuestro diseño evita las grandes fugas de transmisión que prevalecen en dispositivos con estructuras de antena asimétricas y puertos de señal diferencial asimétricos", explica el Prof. Okada.

Otro aspecto importante del diseño propuesto es el circuito de cancelación SI (SIC). Para cancelar efectivamente el SI generado, se necesita modificar cuidadosamente la fase de la señal de cancelación para que sea opuesta a la de la señal filtrada. Esto generalmente se hace usando capacitores variables llamados varactores. Sin embargo, en el rango de sub-THz, los varactores convencionales tienen un rango de fase limitado y una resolución deficiente. Para abordar este problema, los investigadores desarrollaron una nueva estructura de varactor que logró una excelente resolución lineal en toda la banda de sub-THz y en el rango completo de 360°.

El equipo probó su diseño a través de una serie de experimentos, que arrojaron resultados bastante prometedores. "En la medición por aire, el transceptor FD propuesto logró 6 Gb/s. La supresión de SI mejoró en 20 decibelios cuando se encendió el cancelador de SI", dice el profesor Okada.

El dispositivo, el primer transceptor de matriz en fase FD del mundo que funciona a más de 100 GHz, también alcanzó una velocidad de datos de 112 Gb/s en modo HD. Este es el sistema más rápido hasta la fecha entre los transceptores de matriz en fase sub-THz. Junto con un tamaño compacto y una amplia gama de frecuencias operativas, la arquitectura propuesta representa un gran paso hacia la tecnología de telecomunicaciones para 6G.

Más información:A Sub-THz Full-Duplex Phased-Array Transceiver with Self-Interference Cancellation and LO Feedthrough Suppression, The 2023 Symposium on VLSI Technology and Circuits, www.vlsisymposium.org/index.html