Maximiser les communications 5G avec un réseau de relais écoénergétique

Lean and Mean: Maximiser les communications 5G avec un réseau de relais écoénergétique

Crédit: 2021 Symposiums sur la technologie et les circuits VLSI

Des scientifiques de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) ont développé un réseau de relais alimenté sans fil pour les systèmes 5G. La communication sans batterie proposée répond aux défis du déploiement flexible des réseaux de relais. Cette conception est à la fois économique et économe en énergie. De telles avancées dans les communications 5G créeront d’énormes opportunités pour un large éventail de secteurs.

La demande toujours croissante de bande passante de données sans fil ne montre aucun signe de ralentissement dans un proche avenir. L’onde millimétrique, un spectre de longueurs d’onde courtes, a montré un grand potentiel dans les communications 5G et au-delà. Pour tirer parti des fréquences d’ondes millimétriques de grande capacité, des antennes à réseau de phase (éléments d’antenne qui travaillent ensemble pour augmenter la force du signal dans une direction spécifique) sont en cours d’adaptation. Cependant, le cas d’utilisation actuel se limite à la propagation en visibilité directe.

En conséquence, les nœuds de relais sont pris en compte pour les communications sans visibilité directe (figure 1). Alors que le relais peut fournir une bande passante, une couverture et une fiabilité améliorées, le déploiement flexible d’un réseau de relais pose certains défis. Le défi le plus important dans les réseaux de relais est l’alimentation électrique. Un nœud de relais typique possède son propre bloc d’alimentation ou est connecté à une source d’alimentation externe.

Maintenant, une équipe de scientifiques de Tokyo Tech, dirigée par le professeur Kenichi Okada, a proposé un émetteur-récepteur à relais phasé à 28 GHz alimenté sans fil pour le réseau 5G. Leurs travaux devraient être présentés dans le cadre des symposiums 2021 sur la technologie et les circuits VLSI, une conférence internationale où les tendances émergentes et les nouveaux concepts sur la technologie et les circuits des semi-conducteurs sont explorés.

Lean and Mean: Maximiser les communications 5G avec un réseau de relais écoénergétique

La rétrodiffusion à sommation vectorielle convertit vers le haut le signal I / Q de 4 GHz et transmet à 28 GHz. Crédit: 2021 Symposiums sur la technologie et les circuits VLSI

Une technique de rétrodiffusion par sommation vectorielle est utilisée pour réaliser la conception proposée. L’émetteur fonctionne comme une rétrodiffusion avec des signaux d’oscillateur local (LO) de 24 GHz et de fréquence intermédiaire (IF) de 4 GHz (Figure 2). Okada précise: «La communication par rétrodiffusion permet de récolter l’énergie des signaux incidents et renvoie des parties des mêmes signaux tout en modulant les données. Dans cette conception, la rétrodiffusion convertit à la hausse le spectre de la nouvelle radio 5G (5G NR) à 4 GHz et transmet à 28 GHz.  » L’émetteur agit également comme un déphaseur, lui permettant de modifier la phase d’un signal entrant. Les capacités de rétrodiffusion et de déphasage de l’émetteur facilitent la formation de faisceau, dans laquelle un réseau d’antennes peut être commandé pour transmettre des signaux dans une direction spécifique. En conséquence, les informations sont transférées plus efficacement avec moins d’interférences.

Le fonctionnement du récepteur et du redresseur est une autre caractéristique critique de l’émetteur-récepteur. Des déphaseurs passifs et des combinateurs de puissance (qui combinent l’alimentation fournie à plusieurs ports) sont utilisés pour augmenter la puissance du signal reçu pour le transfert de puissance sans fil (WPT). Le redresseur proposé agit comme un mélangeur auto-hétérodyne. En d’autres termes, le redresseur divise et recombine un faisceau entrant avec une version modulée de lui-même. Il fonctionne également comme un redresseur pleine onde avec le signal WPT 24 GHz.

L’ensemble de l’émetteur-récepteur à relais phasé est configuré dans une zone aussi petite que 1,8 mm2 (Figure 3). En mode réception, le module RAID 4 x 8 alimenté sans fil produit 3,1 mW de puissance. En mode émission, il produit -2,2 dBm de puissance rayonnée isotrope équivalente saturée (EIRP), qui est la puissance de sortie rayonnée par une antenne dans une seule direction. La rétrodiffusion à sommation vectorielle couvre une plage de phase de 360 ​​degrés avec une résolution de phase de 7 bits tout en ne consommant que 0,03 mW en mode d’émission et de réception.

Lean and Mean: Maximiser les communications 5G avec un réseau de relais écoénergétique

La puce proposée est fabriquée à l’aide d’une technologie CMOS standard de 65 nm, et le module de relais à réseau phasé à éléments 4X8 est composé des quatre puces. Crédit: 2021 Symposiums sur la technologie et les circuits VLSI

Okada conclut: «L’émetteur-récepteur sans batterie proposé améliore la connectivité 5G en servant de répéteur entre les environnements intérieurs et extérieurs. Ceci, à son tour, améliorera l’expérience utilisateur et créera de nouvelles opportunités d’efficacité opérationnelle dans l’internet des objets, l’automatisation industrielle, et de nouveaux services de communication.  »


Poussé à l’extrême: un émetteur-récepteur CMOS pour les applications au-delà de la 5G à 300 GHz


Plus d’information:
Un émetteur-récepteur à relais multiéléments 28 GHz pour réseau 5G utilisant la rétrodiffusion à sommation vectorielle avec alimentation sans fil 24 GHz et transfert LO, 2021 Symposiums sur la technologie et les circuits VLSI, vlsisymposium.org

Fourni par l’Institut de technologie de Tokyo

Citation: Lean and mean: Maximizing 5G communications with a energy-efficient relay network (2021, 1 juin) récupéré le 1er juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-maximizing-5g-energy-efficient-relay- network.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.