Пропускная способность Wi-Fi увеличена вдвое менее чем вдвое: инженеры разработали первый встроенный радиочастотный циркулятор, который удваивает скорость Wi-Fi с помощью одной антенны; может преобразовать телекоммуникации

«Эта технология может произвести революцию в области телекоммуникаций», — говорит Кришнасвами, директор Columbia High-Speed ​​and Mm-wave IC Lab (CoSMIC) Lab. «Наш циркуляторный насос является первым, который установлен на кремниевом чипе, и мы получаем буквально на несколько порядков лучшую производительность, чем предыдущие работы. Полнодуплексная связь, при которой передатчик и приемник работают одновременно и на одной частоте, имеет стали важной областью исследований, и теперь мы показали, что емкость Wi-Fi может быть увеличена вдвое на кремниевом чипе нанометрового размера с одной антенной. Это имеет огромное значение для таких устройств, как смартфоны и планшеты ».Группа Кришнасвами несколько лет работала над кремниевыми радиочипами для полнодуплексной связи и особенно заинтересовалась ролью циркулятора, компонента, который обеспечивает полнодуплексную связь, когда передатчик и приемник используют одну и ту же антенну.

Для этого циркулятор должен «нарушить» лоренц-взаимность, фундаментальную физическую характеристику большинства электронных структур, которая требует, чтобы электромагнитные волны распространялись одинаково в прямом и обратном направлениях.«Взаимные схемы и системы довольно ограничены, потому что вы не можете свободно управлять сигналом», — говорит аспирант Негар Рейскаримиан, который разработал циркулятор и является ведущим автором статьи Nature Communications. «Мы хотели создать простой и эффективный способ, используя обычные материалы, чтобы сломать Lorentz Reciprocity и построить недорогой наноразмерный циркуляционный насос, который поместился бы на микросхеме.

Это могло бы открыть дверь для всех видов интересных новых приложений».Традиционный способ нарушения взаимности Lorentz и создания радиочастотных циркуляторов заключался в использовании магнитных материалов, таких как ферриты, которые теряют взаимность при приложении внешнего магнитного поля. Но эти материалы несовместимы с технологией кремниевых чипов, а ферритовые циркуляторы громоздки и дороги.

Кришнасвами и его команда смогли сконструировать очень миниатюрный циркулятор, в котором используются переключатели для вращения сигнала через набор конденсаторов, чтобы имитировать невзаимный "поворот" сигнала, который наблюдается в ферритовых материалах. Помимо циркулятора, они также построили прототип своей полнодуплексной системы — кремниевую ИС, которая включала в себя как циркулятор, так и приемник с эхоподавлением, — и продемонстрировали свои возможности на Международной конференции по твердотельным цепям 2016 IEEE в прошлом году. Февраль.

«Возможность разместить циркулятор на том же чипе, что и остальная часть радиомодуля, может значительно уменьшить размер системы, повысить ее производительность и ввести новые функции, критически важные для полнодуплексного режима», — говорит аспирант Цзинь Чжоу, который интегрировал циркулятор с полнодуплексным приемником с дополнительным эхоподавлением.Невзаимные схемы и компоненты могут применяться во многих различных сценариях, от радиочастотной полнодуплексной связи и радара до строительных изоляторов, которые предотвращают повреждение передатчиков высокой мощности из-за обратных отражений от антенны. Способность нарушить взаимность также открывает новые возможности в обработке радиочастотных сигналов, которые еще предстоит открыть. Полнодуплексная связь представляет особый интерес для исследователей из-за ее способности удвоить пропускную способность сети по сравнению с полудуплексной связью, которую используют современные сотовые телефоны и радиомодули WiFi.

Группа Кришнасвами уже работает над дальнейшим улучшением работы своего циркуляционного насоса и исследует «не-циркуляционные» приложения невзаимности.«Что действительно воодушевляет меня в этом исследовании, так это то, что мы смогли внести вклад на теоретически фундаментальном уровне, который привел к публикации в Nature Communications, а также смогли продемонстрировать практический радиочастотный циркулятор, интегрированный с полнодуплексным приемником, который продемонстрировал — коэффициент подавления эха составляет почти миллиард, что делает его первым практичным полнодуплексным чипом приемника и который привел к публикации в IEEE ISSCC в 2016 году », — добавляет Кришнасвами. «Редко бывает, чтобы отдельное исследование или даже исследовательская группа объединяли фундаментальные теоретические достижения с практическими реализациями. Очень полезно руководить аспирантами, которые смогли это сделать!»


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *