東京工業(yè)大學的研究人員在一項新研究中開發(fā)了一種基于諧波選擇技術的超寬帶接收器，以提高 5G 網絡的運行帶寬。第五代 (5G) 移動網絡現(xiàn)在在全球范圍內使用，頻率超過 100 Hz。為了跟上這些網絡中的數(shù)據(jù)流量，需要適當?shù)慕邮掌?。在這方面，擬議的技術可能會徹底改變下一代通信的世界。
隨著下一代通信網絡的開發(fā)，用于部署它們的技術也必須隨之發(fā)展。第五代移動網絡新無線電 (5G NR) 頻段不斷擴展，以提高信道容量和數(shù)據(jù)速率。5G新空口要實現(xiàn)跨制式通信和全球應用，多頻段兼容必不可少。
手機信號增強器的工作用原理是，把室外運營商基站發(fā)出的信號，通過信號增強器中轉到沒有信號的地方，信號放大器通過它通過下行把基站的信號傳輸?shù)绞覂龋虚g部分通過接收信號，濾波過濾信號，降噪等一系列電路設計，接收放大器所需要的信號，從而達到信號的覆蓋，通過這個原理，不管是什么頻段的信號，只要把里面的信道頻段換成所需要放大器的頻段，就可以實現(xiàn)信號的增強器，5G頻段是高頻段，達到3G-5G，信號放大器同樣可以把它置入到系統(tǒng)內，來中轉5G信號，所以信號增強器是可以放大5G信號的。
2018年4月3日，工信部向中國移動發(fā)放FDD運營牌照，允許中國移動在892-904/937-949MHz頻 段開展FDD業(yè)務。同時工信部對中國移動的FDD業(yè)務的應用范圍做了限定，僅限在縣及縣以下區(qū)域開展 ， 城市區(qū)域僅開展NB-IoT業(yè)務。
同時，工信部要求中國移動加快進行900MHz頻段的騰退工作，并將騰退904-909/949-954MHz的2×5MHz頻率資源分配至中國聯(lián)通，用于加大支持中國聯(lián)通4G網絡和蜂窩物聯(lián)網的發(fā)展。
最近，毫米波 (mmW) 通信被認為是管理 5G NR 網絡中大型設備之間不斷增長的數(shù)據(jù)流量的有前途的候選者。在過去幾年中，許多研究表明，相控陣架構可提高毫米波頻率下 5G NR 通信的信號質量。
不幸的是，多頻段操作需要多個芯片，這增加了系統(tǒng)的尺寸和復雜性。此外，在多頻帶模式下運行會使接收器暴露在不斷變化的電磁環(huán)境中，從而導致串擾和帶有不需要回聲的雜亂信號。
為了解決這些問題，日本東京工業(yè)大學 (Tokyo Tech) 的一組研究人員現(xiàn)已開發(fā)出一種新穎的“諧波選擇技術”，用于擴展 5G NR 通信的操作帶寬。這項由 Kenichi Okada 教授領導的研究發(fā)表在IEEE Journal of Solid-State Circuits上。
“與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，我們建議的網絡以低功耗運行。此外，頻率覆蓋范圍使其與所有現(xiàn)有 5G 頻段以及指定為下一個潛在許可頻段的 60 GHz 兼容。因此，我們的接收器可以利用不斷增長的 5G 帶寬的關鍵，”岡田教授說。
為了制造所提出的雙通道多波段相控陣接收器，該團隊使用了 65 納米 CMOS 工藝。芯片尺寸經測量僅為 3.2 mm x 1.4 mm，其中包括具有兩個通道的接收器。
該團隊采用三管齊下的方法來解決 5G NR 通信問題。第一種是使用諧波選擇技術，使用三相本地振蕩器 (LO) 來驅動混頻器。該技術減少了所需的 LO 頻率覆蓋范圍，同時允許多頻段下變頻。
第二種是使用雙模多頻帶低噪聲放大器 (LNA)。LNA結構不僅提高了功率效率和帶間阻塞的容忍度(減少來自其他頻段的干擾)，而且在電路性能和芯片面積之間取得了良好的平衡。最后，第三個插腳是接收器，它利用 Hartley 接收器的架構來改善鏡像抑制。該團隊引入了單級混合型多相濾波器 (PPF)，用于邊帶選擇和鏡像抑制校準。
該團隊發(fā)現(xiàn)，所提出的技術優(yōu)于其他最先進的多波段接收器。諧波選擇技術支持在 (24.25—71) GHz 之間運行，同時顯示出高于 36 dB 的帶間阻塞抑制。此外，接收器消耗的功率很低(頻率分別為 28 GHz、39 GHz、47.2 GHz 和 60.1 GHz 時分別為 36 mW、32 mW、51 mW 和 75 mW)。
“通過將雙模多波段 LNA 與多相濾波器相結合，該設備比其他最先進的濾波器更好地實現(xiàn)了對帶間阻塞的抑制。這意味著對于當前使用的波段，抑制比在整個受支持的 (24–71) GHz 操作區(qū)域，50dB 和超過 36dB。隨著新的 5G頻段的出現(xiàn)，這種低噪聲寬帶接收器將被證明是有用的，”O(jiān)kada 教授總結道。
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