Повнодуплексний високочастотний чіп

Новий повнодуплексний ВЧ чіп

забезпечує передачу і прийом сигналів бездротового зв'язку одночасно

Новий чіп бездротового зв’язку може виявитися вельми корисним для наступного покоління бездротових технологій: передачі і прийому сигналів на однаковій частоті, в один і той же час за допомогою однієї антени. Такий підхід подвоює ємність даних існуючої технології, хоча ще не  здатний зрівнятися з потужністю, яка необхідна для роботи в традиційних мобільних мережах.

У минулому році Харіш Крішнасвамі (Harish Krishnaswamy) - інженер-електрик в Колумбійському університеті, продемонстрував здатність передавати і приймати сигнали на одній частоті, використовуючи дві антени в повнодуплексному режимі. Тепер, Негар Реіскаріміан (Negar Reiskarimian) - аспірантка Крішнасвамі, вбудувала цю технологію у чіп, який в кінцевому підсумку можна було б використовувати в смартфонах і планшетах. Тепер передавач і приймач розділяють одну антену.

високочастотний чіп

Такі пристрої, як смартфони та планшети зазвичай обмінюються сигналами щонайменше через дві антени: одна для передавача і одна для приймача. Ці сигнали зазвичай узгоджуються за допомогою одного з двох способів: Time division duplex (дуплексний канал з часовим розділенням), в якому передавач і приймач по черзі ведуть радіомовлення на одній частоті, і frequency-division duplex (дуплексний канал з частотним розділенням), в якому передавач і приймач ведуть радіомовлення на окремих частотах одночасно.

 

У порівнянні з традиційними моделями, новий повнодуплексний радіо чіп є більш ефективним. Економія часу або частоти дуже важлива, оскільки смартфони використовують все більше даних, і компанії шукають способи вивільнити частоти. Крішнасвамі каже, що його лабораторія вже працює з декількома виробниками чіпів для підвищення якості цієї концепції.

Для досягнення своєї ефективності, новий чіп повинен обійти давній принцип, який називається принцип взаємності Лоренца, в якому електромагнітні хвилі, як вважають, рухаються по тим же шляхам як назад так і вперед.

У минулому, інженери-електрики обійшли взаємність, розробивши елементи - циркулятори, побудовані з магнітних матеріалів. При прикладанні магнітного поля, інженер може порушити принцип взаємності, даючи можливість хвилям рухатися тільки вперед, а не назад, що дозволяє одночасну передачу двох сигналів.

Але циркулятори, побудовані таким чином, часто є дорогими і дуже громіздкі, щоб вбудувати їх в смартфон. Крім того, магнітні поля, які вони використовують порушили б інші функції, якщо їх розмістити всередині електронного пристрою. Замість цього, ці типи циркуляторів найбільш часто використовуються у військових цілях (останні дослідження Крішнасвамі фінансувалися DARPA).

Щоб подолати таке обмеження Реіскаріміан імплантував кремнієві транзистори на поверхні CMOS чіпу так, що вони перенаправляють сигнали, які фіксуються передавачем і приймачем, щоб уникнути інтерференції.

Ця технологія також допомогла використовувати приймач з придушенням ехосигналу, який лабораторія розробила теж вперше. Цей приймач вирішує класичну проблему: сигнали, що передаються, як правило, відбиваються назад в приймач, коли використовується повнодуплексний режим. Цей ехосигнал може бути в мільярди разів сильніший, ніж будь-який зовнішній вхідний сигнал, який приймач повинен обробляти. Приймач з придушенням ехосигналу вирізає цей шум шляхом вивчення того, який сигнал був переданий, а точніше, шляхом відніманням його з сигналу, що обробляє приймач.

В кінцевому результаті він дозволяє двом людям як говорити так і слухати один одного одночасно. Вчений вважає, що  якщо інтегрувати цю технологію у всю мережу, то цей метод може потенційно знизити затримки при передачі даних.

На даний момент новий чіп не має достатньо високого рівня потужності для радіомовлення для підключення його до мережі мобільного зв'язку. Його потужність лежить в межах від 10 до 100 міліват (приблизно на рівні роботи Wi-Fi мережі), мобільна мережа, як правило, працює на більш високих рівнях потужності. Є кілька способів, які Крішнасвамі вже планує спробувати щоб підняти рівень потужності, наприклад, шляхом перегрупування компонентів чіпа або вибрати інші компоненти, щоб побудувати його.

Переклад з IEEE Spectrum