美國(guó)加州大學(xué)研發(fā)一種微型無(wú)線電芯片，在100GHz頻率內(nèi)發(fā)送和收發(fā)數(shù)據(jù)

美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月16日，加州大學(xué)歐文分校（University of California, Irvine，簡(jiǎn)稱UCI）納米通信集成電路實(shí)驗(yàn)室的研究人員宣布，他們研發(fā)了一種微型無(wú)線電芯片，可以在100GHz頻率的范圍內(nèi)發(fā)送和收發(fā)數(shù)據(jù)。此外，該芯 ...

美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月16日，加州大學(xué)歐文分校（University of California, Irvine，簡(jiǎn)稱UCI）納米通信集成電路實(shí)驗(yàn)室的研究人員宣布，他們研發(fā)了一種微型無(wú)線電芯片，可以在100GHz頻率的范圍內(nèi)發(fā)送和收發(fā)數(shù)據(jù)。

此外，該芯片的工作頻率為115GHz到135GHz之間，并且在30厘米的距離上能實(shí)現(xiàn)每秒36千兆比特的數(shù)據(jù)速率。

目前，該研究成果已于美國(guó)時(shí)間2019年7月9日發(fā)表在《IEEE固態(tài)電路雜志（IEEE Journal of Solid-State Circuits）》中，論文名為《一種基于直接解調(diào)方法的多相位射頻115-135GHz 8PSK接收器（A 115-135-GHz 8PSK Receiver Using Multi-Phase RF-Correlation-Based Direct-Demodulation Method）》。

一、芯片每秒數(shù)據(jù)速率為36千兆比特

加州大學(xué)研究人員研發(fā)的芯片，擁有能夠減少能源使用并實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理的能力，有望成為未來6G通信標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

實(shí)際上，UCI研究人員研發(fā)的芯片還處于原型形式，是一個(gè)4.4平方毫米的收發(fā)器。該收發(fā)器主要在115GHz到135GHz頻率之間工作，并能夠在30厘米的距離上實(shí)現(xiàn)每秒36千兆比特的數(shù)據(jù)速率。

相比之下，目前最新的毫米波5G芯片使用的是更小的24GHz至39GHz頻段。雖然這一距離更遠(yuǎn)，但它的峰值數(shù)據(jù)速率在6gbps以下。

此外，收發(fā)器還使用了一種新的數(shù)據(jù)處理方法，其中包括必要的收發(fā)和解調(diào)硬件。

它采用55-nm SiGe BiCMOS工藝制造，占用2.5 x3.5mm2的芯片面積，包括PAD（電路板）和測(cè)試電路（2.5mm2有效面積），并且消耗的總直流功率為200.25mW。

二、6G通信技術(shù)研究早已開啟

今年3月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（Federal Communications Commission，簡(jiǎn)稱FCC）開放了95GHz至3THz頻段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該許可證生效長(zhǎng)達(dá)10年，為美國(guó)公司測(cè)試和銷售5G無(wú)線設(shè)備創(chuàng)造了合法途徑，同時(shí)也在一定程度上推動(dòng)了6G和7G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)。

由于這些超高頻無(wú)線電信號(hào)具有獨(dú)特的特性，且缺乏對(duì)相同光譜的競(jìng)爭(zhēng)性應(yīng)用，因此研究人員們預(yù)計(jì)，超高頻無(wú)線電信號(hào)能夠快速傳輸龐大的數(shù)據(jù)量，這些數(shù)據(jù)量足以將擁有人腦水平的計(jì)算能力從服務(wù)器實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖銛y設(shè)備。

目前，5G通信主要有FR1和FR2兩個(gè)頻率范圍。其中FR1就是我們通常所說的5G Sub-6GHz頻段，該頻段低于6GHz，是當(dāng)前5G的主流應(yīng)用范圍，而FR2是高頻率范圍，主要為5G毫米波頻段。

▲FCC主席Ajit Pai

雖然，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備在全球范圍內(nèi)仍處于起步階段，現(xiàn)在討論6G似乎還為時(shí)過早。但科研人員們對(duì)下一代6G的研究已在進(jìn)行中，美國(guó)、芬蘭和韓國(guó)的主要無(wú)線研究人員大約在一年前，就開始關(guān)注“亞毫米波”頻譜的潛力。

總的來說，95GHz至3THz的頻譜延伸到300GHz至3THz的范圍，被定義為“高頻率”。在FCC的開放的低端頻譜中，95GHz至300GHz的信號(hào)在技術(shù)上仍然是毫米波，因?yàn)樗鼈兲幱诨蚋哂诓ㄩL(zhǎng)1毫米。“亞毫米波”則是300GHz至3THz的信號(hào)波長(zhǎng)，這段波為1毫米或者不到1毫米。

去年10月，是德科技（Keysight Technologies）公司向紐約大學(xué)無(wú)線公司捐贈(zèng)了一些用于研究電信技術(shù)的硬件設(shè)備。其中包括一臺(tái)可測(cè)量高達(dá)110千兆赫頻率的設(shè)備、毫米波和寬帶信號(hào)分析和生成工具，以及用于高級(jí)時(shí)域分析和RF/毫米波功率測(cè)量功能的尖端硬件。

是德科技的這筆捐贈(zèng)為紐約大學(xué)無(wú)線公司創(chuàng)建下一代6G蜂窩技術(shù)，并進(jìn)一步開發(fā)5G研究提供了巨大幫助。

三、半導(dǎo)體企業(yè)提供的幫助

針對(duì)UCI最新研發(fā)的微型無(wú)線電芯片，UCI電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Payam Heydari表示，他們?yōu)檠邪l(fā)的最新芯片取名為“超5G（beyond 5G）”，因?yàn)樵撔酒梢赃_(dá)到的速度和數(shù)據(jù)速率比無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的能力高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

他還認(rèn)為，當(dāng)該芯片傳輸數(shù)據(jù)的頻率越高，就意味著人們能夠從運(yùn)營(yíng)商那獲得更大的帶寬。

該研究論文的第一作者Hossein Mohammadnezhad表示，他們最新研發(fā)的收發(fā)器是目前第一個(gè)在115GHz到135GHz頻段提供端到端功能的設(shè)備。

此外，以色列芯片制造商TowerJazz和意法半導(dǎo)體公司還對(duì)加州大學(xué)歐文分校的這個(gè)6G項(xiàng)目提供了協(xié)助，并認(rèn)為該技術(shù)將會(huì)應(yīng)用在非便攜式電子產(chǎn)品設(shè)備中。