Беспроводная связь на скорости оптоволокна: новый чип

Инженеры из Калифорнийского университета в Ирвайне разработали инновационный трансивер, который выводит беспроводную передачу данных на новый уровень. Устройство работает в диапазоне 140 гигагерц, предлагая скорости, сопоставимые с оптоволоконными линиями связи, и открывая путь к будущим стандартам 6G и FutureG.

Ключевым достижением стала уникальная архитектура чипа, объединяющая цифровые и аналоговые компоненты. Эта система, включающая как передатчик, так и приемник, демонстрирует беспрецедентную скорость обработки данных и высокую энергоэффективность.

Исследователи представили свою разработку в двух статьях, опубликованных в IEEE Journal of Solid-State Circuits. Первый документ описывает передатчик "от битов до антенны", а второй — приемник "от антенны до битов".

Payam Heydari, руководитель проекта, назвал технологию "беспроводным оптоволоконным патч-кордом", подчеркнув скорость оптики без физических ограничений. Работа в F-диапазоне, значительно превышающем возможности 5G, позволит обеспечить огромную пропускную способность, что критически важно для связи между машинами, роботами и в центрах обработки данных.

Команда отказалась от традиционных архитектур, полагавшихся на энергоемкие цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Вместо этого они сделали ставку на аналоговые схемы, преодолев тем самым "стеклянный потолок" производительности и энергопотребления.

Инженеры предложили инновационный подход к созданию передатчика, исключающий ЦАП. Сигнал формируется непосредственно в радиочастотной области с помощью трех синхронизированных субпередатчиков. Эта технология, получившая название RF-домен 64QAM, позволяет передавать больше данных при меньшем энергопотреблении.

Для приемника была разработана техника "иерархической аналоговой демодуляции". Сложные слои данных разбираются в аналоговой области еще до их оцифровки, что значительно снижает энергозатраты. Потребление энергии чипа приемника составляет всего 230 милливатт, что делает его пригодным для использования в портативных устройствах.

Разработанный трансивер способен работать на скорости 120 гигабит в секунду, что позволяет мгновенно передавать несколько фильмов в формате 4K.

Учитывая, что Федеральная комиссия по связи и органы, отвечающие за стандарты 6G, рассматривают спектр выше 100 гигагерц как новое направление, разработка UC Irvine приобретает особую актуальность.

Новая архитектура трансивера также обеспечивает возможность массового производства по более низкой цене, что способствует его широкому внедрению. Это позволит отказаться от громоздкой медной проводки в центрах обработки данных, обеспечивая сверхбыстрые беспроводные соединения между серверными стойками и сокращая расходы на оборудование, охлаждение и электроэнергию.