用于5G新无线电通信的新型和改进的多波段操作接收器

东京工业大学的研究人员在一项新研究中开发了一种基于谐波选择技术的超宽带接收器，以提高5G 网络的运行带宽。第五代 (5G) 移动网络现在在全球范围内使用，频率超过 100 Hz。为了跟上这些网络中的数据流量，需要适当的接收器。在这方面，拟议的技术可能会彻底改变下一代通信的世界。

随着下一代通信网络的开发，用于部署它们的技术也必须随之发展。第五代移动网络新无线电 (5G NR) 频段不断扩展，以提高信道容量和数据速率。5G新空口要实现跨制式通信和全球应用，多频段兼容必不可少。

最近，毫米波 (mmW) 通信被认为是管理 5G NR 网络中大型设备之间不断增长的数据流量的有前途的候选者。在过去几年中，许多研究表明，相控阵架构可提高毫米波频率下 5G NR 通信的信号质量。不幸的是，多频段操作需要多个芯片，这增加了系统的尺寸和复杂性。此外，在多频带模式下运行会使接收器暴露在不断变化的电磁环境中，从而导致串扰和带有不需要回声的杂乱信号。

为了解决这些问题，日本东京工业大学 (Tokyo Tech) 的一组研究人员现已开发出一种新颖的“谐波选择技术”，用于扩展 5G NR 通信的操作带宽。这项由 Kenichi Okada 教授领导的研究发表在IEEE Journal of Solid-State Circuits上。“与传统系统相比，我们提议的网络以低功耗运行。此外，频率覆盖范围使其与所有现有 5G 频段以及指定为下一个潜在许可频段的 60 GHz 兼容。因此，我们的接收器可能是利用不断增长的 5G 带宽的关键，”冈田教授说。

为了制造所提出的双通道多波段相控阵接收器，该团队使用了 65 纳米 CMOS 工艺。芯片尺寸经测量仅为 3.2 mm x 1.4 mm，其中包括具有两个通道的接收器。

该团队采用三管齐下的方法来解决 5G NR 通信问题。第一种是使用谐波选择技术，使用三相本地振荡器 (LO) 来驱动混频器。该技术减少了所需的 LO 频率覆盖范围，同时允许多频段下变频。第二种是使用双模多频带低噪声放大器 (LNA)。LNA结构不仅提高了功率效率和带间阻塞的容忍度(减少来自其他频段的干扰)，而且在电路性能和芯片面积之间取得了良好的平衡。最后，第三个插脚是接收器，它利用 Hartley 接收器的架构来改善镜像抑制。该团队引入了单级混合型多相滤波器 (PPF)，用于边带选择和镜像抑制校准。

该团队发现，所提出的技术优于其他最先进的多波段接收器。谐波选择技术支持在 (24.25 – 71) GHz 之间运行，同时显示出高于 36 dB 的带间阻塞抑制。此外，接收器消耗的功率很低(频率分别为 28 GHz、39 GHz、47.2 GHz 和 60.1 GHz 时分别为 36 mW、32 mW、51 mW 和 75 mW)。

“通过将双模多频带 LNA 与多相滤波器相结合，该器件比其他最先进的滤波器更好地抑制了带间阻塞。这意味着对于当前使用的频段，在整个支持的 (24–71) GHz 操作区域，抑制优于 50dB 和超过 36dB。随着新的 5G 频段的出现，这种低噪声宽带接收器将被证明是有用的，”乐观的 Okada 教授总结道。