Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology hanno progettato e fabbricato un minuscolo, ma incredibilmente veloce, affidabile, e accurato ricetrasmettitore a 28 GHz pensato per comunicazioni 5G stabili ad alta velocità. Il ricetrasmettitore fabbricato supera i progetti precedenti sotto vari aspetti adottando un nuovo approccio per lo sterzo del raggio.

L'importanza delle comunicazioni wireless è evidente nelle società moderne, e quindi, molto lavoro è stato fatto sulle comunicazioni 5G in quanto è il prossimo grande passo nelle reti mobili. Il nuovo standard per le reti mobili promette velocità di trasmissione dati e velocità almeno di un ordine di grandezza superiori a quelle del 4G (LTE), pur consentendo anche antenne più piccole e ricetrasmettitori a radiofrequenza (RF) a causa delle frequenze più elevate utilizzate.

La maggior parte dei ricetrasmettitori all'avanguardia progettati per il 5G utilizzano sfasatori RF. Lo sfasamento accurato è importante perché consente al ricetrasmettitore di guidare il lobo principale del diagramma di radiazione dell'array di antenne; in altre parole, viene utilizzato per "puntare" l'array di antenne verso una direzione specifica in modo che entrambe le estremità comunicanti (trasmettitore e ricevitore) scambino segnali con la massima potenza possibile. Però, l'uso di sfasatori RF comporta alcune complicazioni e non fa abbastanza per il 5G.

Motivato da questo, un team di scienziati del Tokyo Institute of Technology, guidato dal Professore Associato Kenichi Okada, ha sviluppato un ricetrasmettitore a 28 GHz che utilizza un approccio a sfasamento dell'oscillatore locale (LO). Invece di utilizzare più sfasatori RF, hanno progettato un circuito che consente al ricetrasmettitore di spostare la fase di un oscillatore locale in passi di 0,04° con errore minimo. A sua volta, questo consente una risoluzione del beam-steering di 0,1°, che rappresenta un miglioramento di un ordine di grandezza rispetto ai progetti precedenti (il che significa che l'array di antenne può essere fatto puntare con precisione verso la direzione desiderata).

Cosa c'è di più, l'approccio di sfasamento LO proposto risolve un altro problema dell'utilizzo di più sfasatori RF:la complessità della calibrazione. Gli sfasatori RF richiedono una calibrazione precisa e complessa in modo che il loro guadagno rimanga invariato durante la sintonizzazione di fase, che è un requisito molto importante per il corretto funzionamento del dispositivo. La situazione peggiora man mano che l'array aumenta di dimensioni. D'altra parte, l'approccio di sfasamento proposto si traduce in una variazione di guadagno che è molto vicina allo zero sull'intera gamma di 360°.

Sorprendentemente, il ricetrasmettitore progettato dal gruppo di ricerca è stato implementato in un circuito stampato di soli 4 mm × 3 mm utilizzando componenti minimi, come mostrato nella Figura 1. Hanno confrontato le prestazioni del loro dispositivo con quelle di altri ricetrasmettitori all'avanguardia per 5G. La velocità di trasmissione dei dati ottenuta è stata di circa 10 Gb/s superiore a quella ottenuta con altri metodi, mantenendo un errore di fase e variazioni di guadagno di un ordine di grandezza inferiori.

I risultati di questo studio sono stati presentati al Simposio sui circuiti integrati a radiofrequenza IEEE 2018 nella sessione RMo2A. Si spera che l'approccio di sfasamento LO proposto aiuti a portare avanti il ​​tanto atteso dispiegamento delle reti mobili 5G e lo sviluppo di comunicazioni wireless più affidabili e veloci.