새로운 칩셋은 5G 시스템보다 10~100배 빠른 속도를 제공합니다.

[이매진]

새로운 칩셋은 5G 시스템보다 10~100배 빠른 속도를 제공합니다.

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Novel chipset offers speeds 10 to 100 times faster than 5G systems

로운 640Gbps 칩셋은 차세대 무선 시스템을 위한 길을 열어줍니다.

에 의해아미트 말레와르

2024년 6월 17일

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56GHz 신호 체인 대역폭을 자랑하는 획기적인 D-밴드 CMOS 트랜시버 칩셋이 집적 회로를 통해 전례 없는 640Gbps의 무선 전송 속도를 달성했다고 Tokyo Tech 와 국립 정보 통신 기술 연구소(National Institute of Information and Communications Technology)의 연구원이 밝혔습니다. 이 혁신적인 칩셋은 차세대 무선 시스템을 추진하는 데 엄청난 가능성을 갖고 있습니다.

더 빠른 속도에 대한 수요 증가와 급증하는 데이터 트래픽 관리에 대응하여 무선 시스템은 더 높은 밀리미터파 주파수 대역에서 작동하여 한계를 넓히고 있습니다.

기존 고대역 5G 시스템은 이미 24~47GHz 주파수 대역 내에서 최대 10Gbps의 놀라운 속도를 제공하고 있지만, 다가오는 모바일 통신 시스템은 훨씬 더 높은 주파수 대역을 탐구하고 있습니다.

트랜시버 칩셋 현미경 사진 및 PCB 사진. 제작된 D밴드 송/수신기 칩셋: (상)송신기, (하)수신기, (좌)CMOS 송/수신기 IC, (가운데)플립칩 실장 IC칩, (우)전체보드. 크레딧: Tokyo Tech

이 스펙트럼 내에서 110~170GHz 범위의 주파수를 포함하는 D-대역은 차세대 무선 시스템의 진화를 형성하는 데 중추적인 역할을 할 것으로 예상됩니다.

높은 주파수는 더 빠른 데이터 전송을 촉진하지만 신호 감쇠에 취약합니다. 따라서 신호 강도를 보존할 수 있는 비용 효율적인 송신기 및 수신기의 개발은 차세대 무선 시스템을 널리 채택하는 데 매우 중요합니다.

Kenichi Okada 교수와 그의 팀은 일본 국립 정보 통신 기술 연구소(NICT)와 협력하여 D-밴드를 위한 혁신적인 트랜시버 칩셋을 설계했습니다. 이 획기적인 칩셋은 널리 채택된 65nm 실리콘 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 공정으로 제작되어 비용 효율적인 대량 생산이 가능합니다.

근거리(36cm)에서의 무선전송 측정 결과. 크레딧: Tokyo Tech

Okada는 "특히 저비용 CMOS 기술을 사용하여 640Gbps라는 세계 최고 무선 전송 속도를 달성했습니다." 라고 말했습니다.

개발된 D 대역(114~170GHz) CMOS 트랜시버 칩셋은 상당한 56GHz 신호 체인 대역폭을 자랑합니다. 송신기 집적 회로(IC)의 크기는 1.87mm x 3.30mm이고 수신기 IC의 크기는 1.65mm x 2.60mm로 컴팩트한 설계를 보여줍니다. 넓은 주파수 스펙트럼에 걸쳐 신호 속도와 품질을 유지하는 데 중점을 둔 트랜시버에는 전력 증폭기, 저잡음 증폭기, 주파수 변환기(믹서), 분산 증폭기 및 주파수 체배기와 같은 필수 구성 요소가 통합되어 있습니다. 이러한 요소는 집합적으로 효율적인 신호 전송 및 수신을 보장합니다.

무선 전송 능력을 평가하기 위해 칩셋을 PCB에 설치하고 25dBi 이득으로 외부 안테나에 연결했습니다. 신호는 일반적으로 PCB에 사용되는 전송 라인 형식에서 무선 애플리케이션의 고주파수 신호 전송을 위한 도파관 형식으로 변환되었습니다.

NICT의 B5G 무향실 건물에서 전송 거리 15m에서 단일 입력 단일 출력 측정을 묘사한 사진입니다. 크레딧: Tokyo Tech

변환 손실은 4dB로 유지되었습니다. 새로운 칩셋을 사용하여 연구원들은 IC 트랜시버의 중요한 장애물을 해결하는 16QAM 및 32QAM(QAM: Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 다중 레벨 변조 방식에 대해 높은 선형성을 달성할 수 있었습니다.

40Gbaud 및 32QAM 변조의 기호 속도로 변조된 신호를 테스트하는 동안 시스템은 36cm 거리에서 높은 변조 정확도로 200Gbps의 전송 속도를 달성하여 10-3 미만의 비트 오류율을 보여주었습니다. 또한 16QAM 변조와 43dBi 이득의 고이득 안테나를 활용하여 연구원들은 15m 거리에서 120Gbps의 속도를 달성했습니다.

칩셋의 탁월한 성능은 4개의 송신기와 4개의 수신기 모듈을 활용하는 다중 입력, 다중 출력 구성에서 더욱 입증되었습니다. 이 설정에서는 각 안테나가 자체 데이터 스트림을 처리할 수 있어 빠르고 효율적인 통신이 가능합니다. 16QAM 변조를 활용하여 각 채널은 160Gbps의 속도를 달성하여 총 640Gbps의 놀라운 속도를 달성했습니다.

이러한 속도는 현재 5G 시스템을 10~100배 초과하는 놀라운 발전을 의미합니다.

Okada는 다음과 같이 결론을 내립니다 . "제안된 칩셋은 자동화된 자동차, 원격 의료 및 고급 가상 현실 경험을 지원하는 차세대 무선 시스템에 대한 가능성을 가지고 있습니다."