Einführung eines Transceivers, der die höheren Frequenzbänder von 5G-Netzwerken anzapfen kann

TOKIO, 15. Juni 2022 – (JCN Newswire) – Ein neuartiger Phased-Array-Beamformer für das 5G-Millimeterwellenband (mmWave) wurde kürzlich von Forschern der Tokyo Tech und der NEC Corporation entwickelt. Ihr innovatives Design wendet zwei bekannte Techniken – den Doherty-Verstärker und die digitale Vorverzerrung – auf einen mmWave-Phased-Array-Transceiver an und überwindet die Probleme herkömmlicher Designs, indem es eine außergewöhnliche Energie- und Flächeneffizienz erzeugt und andere hochmoderne 5G-Transceiver übertrifft .

5G-Netze werden weltweit immer häufiger eingesetzt. Viele Verbrauchergeräte, die 5G unterstützen, profitieren bereits von höheren Geschwindigkeiten und geringeren Latenzzeiten. Allerdings werden einige für 5G zugewiesene Frequenzbänder aufgrund technologischer Einschränkungen nicht effektiv genutzt. Diese Frequenzbänder umfassen das 39-GHz-Band von New Radio (NR), reichen jedoch je nach Land tatsächlich von 37 GHz bis 43.5 GHz. Das NR-Band bietet deutliche Leistungsvorteile gegenüber anderen niedrigeren Frequenzbändern, die heute von 5G-Netzwerken verwendet werden. Es ermöglicht beispielsweise extrem niedrige Latenzzeiten bei der Kommunikation, Datenraten von über 10 Gbit/s und eine enorme Kapazität für die Unterbringung mehrerer Benutzer.

Allerdings haben diese Leistungen ihren Preis. Hochfrequenzsignale werden auf ihrem Weg durch den Weltraum schnell gedämpft. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass die übertragene Leistung in einem schmalen Strahl konzentriert wird, der direkt auf den Empfänger gerichtet ist. Dies kann im Prinzip mit Phased-Array-Beamformern erreicht werden, Übertragungsgeräten, die aus einer Reihe sorgfältig phasengesteuerter Antennen bestehen. Der Betrieb in Hochfrequenzbereichen des NR-Bands verringert jedoch die Effizienz von Leistungsverstärkern, da diese häufig unter Nichtlinearitätsproblemen leiden, die das übertragene Signal verzerren.

Um diese Probleme anzugehen, hat ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Kenichi Okada vom Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan, kürzlich in einer neuen Studie einen neuartigen Phased-Array-Beamformer für 5G-Basisstationen entwickelt. Ihr Design adaptiert zwei bekannte Techniken, nämlich den Doherty-Verstärker und die digitale Vorverzerrung (DPD), in einen mmWave-Phased-Array-Transceiver, allerdings mit ein paar Änderungen. Die Forscher präsentieren ihre Ergebnisse im 2022 IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits.

Der 1936 entwickelte Doherty-Verstärker hat aufgrund seiner guten Energieeffizienz und seiner Eignung für Signale mit einem hohen Peak-to-Average-Verhältnis (z. B. 5G-Signale) ein Wiederaufleben in modernen Telekommunikationsgeräten erlebt. Das Team von Tokyo Tech modifizierte das herkömmliche Doherty-Verstärkerdesign und produzierte einen bidirektionalen Verstärker. Dies bedeutet, dass dieselbe Schaltung sowohl ein zu sendendes als auch ein empfangenes Signal mit geringem Rauschen verstärken kann. Dies erfüllte die entscheidende Rolle der Verstärkung sowohl für die Übertragung als auch für den Empfang. „Unsere vorgeschlagene bidirektionale Implementierung für den Verstärker ist sehr flächeneffizient. Darüber hinaus ermöglicht sie dank ihres Co-Designs mit einer Wafer-Level-Chip-Scale-Packaging-Technologie eine geringe Einfügungsdämpfung. Dies bedeutet, dass weniger Leistung verloren geht, wenn das Signal durchquert wird Verstärker", erklärt Professor Okada.

Trotz seiner zahlreichen Vorteile kann der Doherty-Verstärker jedoch Nichtlinearitätsprobleme verschlimmern, die sich aus Fehlanpassungen in den Elementen der Phased-Array-Antenne ergeben. Das Team ging dieses Problem auf zwei Arten an. Erstens verwendeten sie die DPD-Technik, bei der das Signal vor der Übertragung verzerrt wird, um die durch den Verstärker eingeführte Verzerrung effektiv aufzuheben. Ihre Implementierung verwendete im Gegensatz zu den herkömmlichen DPD-Ansätzen eine gemeinsam genutzte Nachschlagetabelle (LUT) für alle Antennen, wodurch die Komplexität der Schaltung minimiert wurde. Zweitens führten sie beim Phased Array Funktionen zur Kompensation von Fehlanpassungen zwischen Elementen ein, wodurch seine Gesamtlinearität verbessert wurde. „Wir haben das vorgeschlagene Gerät mit anderen hochmodernen 5G-Phased-Array-Transceivern verglichen und festgestellt, dass durch die Kompensation der Fehlanpassungen zwischen den Elementen im Shared-LUT-DPD-Modul unseres einen geringeren Verlust benachbarter Kanäle und einen geringeren Übertragungsfehler aufweist. “, bemerkt Professor Okada. „Hoffentlich werden wir alle mit dem Gerät und den Techniken, die in dieser Studie beschrieben werden, früher von den Vorteilen von 5G NR profitieren!“

Wissen
Diese Arbeit wurde teilweise vom japanischen Ministerium für Innere Angelegenheiten und Kommunikation unterstützt (JPJ000254).

Über das Tokyo Institute of Technology

Tokyo Tech steht als führende Universität für Wissenschaft und Technologie in Japan an der Spitze der Forschung und Hochschulbildung. Forscher von Tokyo Tech zeichnen sich in Bereichen aus, die von Materialwissenschaften über Biologie, Informatik und Physik reichen. Tokyo Tech wurde 1881 gegründet und beherbergt jährlich über 10,000 Studenten und Doktoranden, die sich zu führenden Wissenschaftlern und einigen der gefragtesten Ingenieure der Industrie entwickeln. Die Tokyo Tech-Community verkörpert die japanische Philosophie von „Monotsukuri“, was „technischer Einfallsreichtum und Innovation“ bedeutet, und strebt danach, durch hochwirksame Forschung einen Beitrag zur Gesellschaft zu leisten. https://www.titech.ac.jp/english/

Über die NEC Corporation

Die NEC Corporation hat sich als führend bei der Integration von IT- und Netzwerktechnologien etabliert und fördert gleichzeitig die Markenaussage "Orchestration a brighter world". NEC ermöglicht es Unternehmen und Gemeinden, sich an die schnellen Veränderungen in Gesellschaft und Markt anzupassen, da es die sozialen Werte Sicherheit, Fairness und Effizienz berücksichtigt, um eine nachhaltigere Welt zu fördern, in der jeder die Chance hat, sein volles Potenzial auszuschöpfen. Für weitere Informationen besuchen Sie NEC unter https://www.nec.com.


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• Quelle: https://www.jcnnewswire.com/pressrelease/75849/3/