Récepteur opérationnel multibande nouveau et amélioré pour la communication radio 5G

Un récepteur ultra-large bande basé sur une technique de sélection harmonique pour améliorer la bande passante opérationnelle des réseaux 5G a été développé par des chercheurs de Tokyo Tech dans une nouvelle étude. Les réseaux mobiles de cinquième génération (5G) sont désormais utilisés dans le monde entier avec des fréquences supérieures à 100 Hz. Pour suivre le trafic de données dans ces réseaux, des récepteurs appropriés sont nécessaires. À cet égard, la technologie proposée pourrait révolutionner le monde des communications de prochaine génération.

Alors que les réseaux de communication de nouvelle génération se développent, la technologie utilisée pour les déployer doit également évoluer en parallèle. Les bandes du réseau mobile de cinquième génération New Radio (5G NR) s’étendent en permanence pour améliorer la capacité des canaux et le débit de données. Pour réaliser une communication inter-standard et une application mondiale à l’aide de la 5G NR, la compatibilité multibande est donc essentielle.

Récemment, la communication par ondes millimétriques (mmW) a été considérée comme un candidat prometteur pour gérer le trafic de données en constante augmentation entre les grands appareils dans les réseaux 5G NR. Au cours des dernières années, de nombreuses études ont montré qu’une architecture multiéléments améliore la qualité du signal pour la communication 5G NR à des fréquences mmW.

Malheureusement, plusieurs puces sont nécessaires pour un fonctionnement multibande, ce qui augmente la taille et la complexité du système. De plus, le fonctionnement en modes multibandes expose les récepteurs à des environnements électromagnétiques changeants, entraînant une diaphonie et des signaux encombrés avec des échos indésirables.

Pour résoudre ces problèmes, une équipe de chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) au Japon a maintenant développé une nouvelle “technique de sélection d’harmoniques” pour étendre la bande passante opérationnelle de la communication 5G NR. L’étude, dirigée par le professeur Kenichi Okada, a été publiée dans le Journal IEEE des circuits à semi-conducteurs.

“Par rapport aux systèmes conventionnels, notre réseau proposé fonctionne à faible consommation d’énergie. De plus, la couverture de fréquence le rend compatible avec toutes les bandes 5G existantes, ainsi qu’avec les 60 GHz désignés comme la prochaine bande sous licence potentielle. En tant que tel, notre récepteur pourrait être la clé pour utiliser la bande passante 5G sans cesse croissante », déclare le professeur Okada.

Pour fabriquer le récepteur à réseau phasé multibande à double canal proposé, l’équipe a utilisé un processus CMOS 65 nm. La taille de la puce a été mesurée à seulement 3,2 mm x 1,4 mm, ce qui comprenait le récepteur à deux canaux.

L’équipe a adopté une approche en trois volets pour résoudre les problèmes de communication 5G NR. La première consistait à utiliser une technique de sélection d’harmoniques utilisant un oscillateur local triphasé (LO) pour piloter le mélangeur. Cette technique a réduit la couverture de fréquence LO nécessaire tout en permettant une conversion descendante multibande.

La seconde consistait à utiliser un amplificateur à faible bruit (LNA) multibande bimode. La structure LNA a non seulement amélioré l’efficacité énergétique et la tolérance du bloqueur inter-bandes (réduisant les interférences provenant d’autres bandes), mais a également atteint un bon équilibre entre les performances du circuit et la surface de la puce. Enfin, la troisième broche était le récepteur, qui utilisait l’architecture d’un récepteur Hartley pour améliorer les rejets d’image. L’équipe a introduit un filtre polyphase (PPF) de type hybride à un étage pour la sélection de bande latérale et l’étalonnage du rejet d’image.

L’équipe a constaté que la technique proposée surpassait les autres récepteurs multibandes de pointe. La technique de sélection d’harmoniques a permis un fonctionnement entre (24,25—71) GHz tout en affichant un rejet de bloqueur interbande supérieur à 36 dB. De plus, la puissance consommée par le récepteur était faible (36 mW, 32 mW, 51 mW et 75 mW à des fréquences de 28 GHz, 39 GHz, 47,2 GHz et 60,1 GHz, respectivement).

“En combinant un LNA multibande bimode avec un filtre polyphase, l’appareil réalise des rejets vers les bloqueurs inter-bandes mieux que d’autres filtres de pointe. Cela signifie que pour les bandes actuellement utilisées, les rejets sont meilleurs que 50 dB et plus de 36 dB pour l’ensemble de la région de fonctionnement prise en charge (24–71) GHz. Avec de nouvelles bandes de fréquences 5G à l’horizon, de tels récepteurs à large bande à faible bruit s’avéreront utiles », conclut le professeur Okada.