UC Irvine: ασύρματος πομποδέκτης στα 140 GHz αγγίζει 120 Gbps, 24x πάνω από τυπικές επιδόσεις 5G mmWave

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Irvine (UC Irvine) παρουσίασαν ένα end to end ασύρματο σύστημα πομποδέκτη που “ανεβάζει” τη λειτουργία του στο F band, με συχνότητες έως 140 GHz, και επιτυγχάνει ρυθμό μετάδοσης έως 120 Gbps. Η ομάδα τοποθετεί τη συγκεκριμένη προσέγγιση ως τεχνολογικό βήμα προς 6G και FutureG, με εφαρμογές που κυμαίνονται από βιομηχανικούς αυτοματισμούς έως υψηλής πυκνότητας υποδομές data centers.

Το βασικό πρόβλημα που επιχειρεί να λύσει η προσέγγιση είναι το ενεργειακό κόστος των κλασικών mixed signal αρχιτεκτονικών, όταν οι ρυθμοί δεδομένων ανεβαίνουν σε τριψήφιες τιμές Gbps. Σε αυτά τα επίπεδα, τα παραδοσιακά digital to analog converters (DAC) και analog to digital converters (ADC) γίνονται δυσανάλογα πολύπλοκα και ενεργοβόρα, δημιουργώντας αυτό που οι ερευνητές περιγράφουν ως “DAC bottleneck” στον πομπό και αντίστοιχα “sampling bottleneck” στον δέκτη.

Στον πομπό, το paper που περιγράφει τον “bits to antenna” transmitter αποφεύγει τον DAC σχηματίζοντας τη διαμόρφωση απευθείας στο ραδιοσυχνοτικό πεδίο. Η υλοποίηση, όπως περιγράφεται από το UC Irvine, χρησιμοποιεί τρεις συγχρονισμένους sub transmitters ώστε να “χτίσει” RF domain 64QAM χωρίς την κλασική αλυσίδα DAC, με στόχο να μειώσει την κατανάλωση που συνήθως εκτοξεύεται σε τέτοιους ρυθμούς.

Στον δέκτη, το “antenna to bits” paper μεταφέρει μεγάλο μέρος της αποδιαμόρφωσης στο αναλογικό πεδίο. Η ομάδα περιγράφει μια τεχνική “hierarchical analog demodulation”, που αποσυνθέτει το σήμα σταδιακά πριν τη ψηφιοποίηση, μειώνοντας την ανάγκη για τεράστιους ADC που, σε 120 Gbps, τείνουν να “καίνε” watts ισχύος. Σύμφωνα με το UC Irvine, ο δέκτης είναι κατασκευασμένος σε 22 nm fully depleted silicon on insulator (FDSOI) και καταναλώνει 230 mW, επίπεδο που η ομάδα θεωρεί συμβατό με φορητές συσκευές, τουλάχιστον ως κατεύθυνση σχεδίασης.

Πρακτικά, η τεχνολογία αυτή δεν υπόσχεται “μαγική” κάλυψη τύπου 5G σε μεγάλες αποστάσεις. Σε συχνότητες 100 έως 140 GHz, το tradeoff είναι σαφές: πολύ υψηλή χωρητικότητα, αλλά ζεύξεις μικρής εμβέλειας και συχνά με αυξημένες απαιτήσεις σε κατευθυντικότητα και συνθήκες διάδοσης. Εκεί ακριβώς η ομάδα βλέπει value, ως “ασύρματο patch cord” για εξειδικευμένες χρήσεις, όπως υπερταχείς ζεύξεις μεταξύ racks σε data centers ή αντίστοιχες βιομηχανικές εγκαταστάσεις όπου η καλωδίωση είναι δαπανηρή και περιοριστική.

Το ενδιαφέρον είναι ότι, σύμφωνα με τους ερευνητές, η επιλογή τεχνολογίας κατασκευής δεν βασίζεται στην “αιχμή” των 2 nm ή 18A nodes, αλλά σε 22 nm FDSOI, με στόχο πιο ρεαλιστικό κόστος και παραγωγικότητα για RF και mixed signal σχεδιάσεις. Αν αυτό το μονοπάτι αποδειχθεί βιώσιμο εκτός εργαστηρίου, θα μπορούσε να ανοίξει χώρο για νέα κατηγορία πολύ υψηλής ταχύτητας ασύρματων links, όχι ως αντικατάσταση όλων των καλωδίων, αλλά ως στοχευμένο εργαλείο εκεί όπου το bandwidth per watt είναι ο βασικός περιορισμός.

Πηγές

• UC Irvine News, “UC Irvine engineers invent wireless transceiver rivaling fiber optic speed”
• EurekAlert, “UC Irvine engineers invent wireless transceiver rivaling fiber optic speed”
• Payam Heydari (UC Irvine), Publications, καταχώριση για “bits to antenna” TX και “antenna to bits” RX (IEEE JSSC)
• Tom’s Hardware, “Breakthrough wireless transceiver transmits data 24 times faster than 5G”