Un novedoso chipset de 640 Gbps allana el camino para los sistemas inalámbricos de próxima generación

Un nuevo chip transceptor CMOS de banda D con un ancho de banda de cadena de señal de 56 GHz alcanza la velocidad de transmisión más alta de 640 Gbps para un dispositivo inalámbrico realizado con circuitos integrados, según informaron investigadores de Tokyo Tech y el Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones. El chipset propuesto es muy prometedor para la próxima generación de sistemas inalámbricos.

Para alcanzar velocidades más rápidas y gestionar el creciente tráfico de datos, los sistemas inalámbricos operan en bandas de frecuencias de ondas milimétricas más altas. Los sistemas 5G de banda alta actuales ofrecen velocidades de hasta 10 Gbps y operan en bandas de frecuencia entre 24 y 47 GHz. La próxima generación de sistemas de comunicación móvil está explorando bandas de frecuencia aún más altas.

Dentro de este espectro, se espera que la banda D, que abarca frecuencias de 110 a 170 GHz, desempeñe un papel crucial en el desarrollo de la próxima generación de sistemas inalámbricos. Si bien las frecuencias altas proporcionan velocidades de datos más rápidas, son susceptibles a la atenuación. Por lo tanto, para la adopción generalizada de la próxima generación de sistemas inalámbricos, es crucial contar con transmisores y receptores rentables capaces de mantener la intensidad de la señal.

Recientemente, el profesor Kenichi Okada y su equipo del Instituto Tecnológico de Tokio, en colaboración con el Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT) de Japón, han desarrollado un novedoso conjunto de chips transceptores para la banda D. Este conjunto de chips se fabrica utilizando el ampliamente utilizado proceso de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) de silicio de 65 nm, lo que lo hace rentable para la producción en masa.

Los resultados de la investigación se presentarán en la Simposio IEEE 2024 sobre tecnología y circuitos VLSIDel 16 al 20 de junio en Honolulu, EE. UU.

Okada afirmó: «Cabe destacar que la velocidad de transmisión inalámbrica más alta del mundo, de 640 Gbps, se logra utilizando tecnología CMOS de bajo costo».

Este trabajo presenta un conjunto de chips transceptores CMOS de banda D (114–170 GHz) que cubre un ancho de banda de cadena de señal de 56 GHz. El transceptor, con un tamaño de chip de 1,87 mm x 3,30 mm para el circuito integrado (CI) del transmisor y 1,65 mm x 2,60 mm para el CI del receptor, utiliza componentes diseñados para mantener la velocidad y la calidad de la señal en un amplio espectro de frecuencias.

Estos incluyen amplificadores de potencia para elevar las señales a niveles adecuados, amplificadores de bajo ruido para aumentar la intensidad de la señal y minimizar el ruido, convertidores de frecuencia (mezcladores) para ajustar las señales al rango de frecuencia deseado, amplificadores distribuidos para linealidad y multiplicadores de frecuencia para cuadriplicar la frecuencia.

Para evaluar las capacidades de transmisión inalámbrica, los investigadores montaron el chipset en una placa de circuito impreso y lo conectaron a una antena externa con una ganancia de 25 dBi. La señal se convirtió de un formato de línea de transmisión, que se utiliza normalmente en placas de circuito impreso, a un formato de guía de ondas, que se utiliza para la transmisión de señales de alta frecuencia en aplicaciones inalámbricas, con una pérdida de conversión de 4 dB.

Con el nuevo chipset, los investigadores lograron una alta linealidad para esquemas de modulación multinivel como 16QAM y 32QAM (QAM: Modulación de Amplitud en Cuadratura), resolviendo un importante obstáculo para los transceptores IC.

En pruebas con una señal modulada con una tasa de símbolo de 40 Gbaud y modulación 32QAM a una distancia de 36 cm, el sistema logró una velocidad de transmisión de 200 Gbps con alta precisión de modulación, con una tasa de error de bit de menos de 10^-3Además, utilizando modulación 16QAM y una antena de alta ganancia (con una ganancia de 43 dBi), los investigadores pudieron alcanzar velocidades de 120 Gbps en una distancia de 15 m.

El rendimiento del chipset fue aún más impresionante en una configuración de múltiples entradas y múltiples salidas con cuatro transmisores y cuatro módulos receptores. Aquí, cada antena puede manejar su propio flujo de datos, lo que permite una comunicación rápida. Con la modulación 16QAM, cada canal alcanzó una velocidad de 160 Gbps. En total, esto dio como resultado una velocidad total de 640 Gbps.

Estas velocidades representan un salto significativo, ya que son entre 10 y 100 veces más rápidas que los sistemas 5G actuales. Okada concluye: «El chipset propuesto es prometedor para la próxima generación de sistemas inalámbricos que darán soporte a los coches automatizados, la telemedicina y las experiencias avanzadas de realidad virtual».