用于5G无线电通信的新型和改进的多频段操作接收器

东京工业大学的研究人员在一项新的研究中开发了一种基于谐波选择技术的超宽带接收器，以提高5G网络的操作带宽。第五代（5G）移动网络现在正在全球范围内使用，频率超过100 Hz。为了跟上这些网络中的数据流量，需要适当的接收器。在这方面，所提出的技术可能会彻底改变下一代通信世界。

随着下一代通信网络的发展，用于部署它们的技术也必须随之发展。第五代移动网络新空口（5G NR）频段不断扩展，以提高信道容量和数据速率。因此，为了使用5G NR实现跨标准通信和全球应用，多频段兼容性至关重要。

最近，毫米波（mmW）通信被认为是管理5G NR网络中大型设备之间不断增长的数据流量的有希望的候选者。在过去几年中，许多研究表明，相控阵架构可以改善毫米波频率下5G NR通信的信号质量。

不幸的是，多频段操作需要多个芯片，这增加了系统尺寸和复杂性。此外，在多频段模式下工作会使接收器暴露在不断变化的电磁环境中，导致串扰和杂乱的信号以及不需要的回声。

为了解决这些问题，日本东京工业大学（Tokyo Tech）的一组研究人员现已开发出一种新颖的“谐波选择技术”，用于扩展5G NR通信的操作带宽。

“与传统系统相比，我们提出的网络以低功耗运行。此外，频率覆盖范围使其与所有现有的5G频段以及指定为下一个潜在许可频段的60 GHz兼容。因此，我们的接收器可能是利用不断增长的5G带宽的关键，“冈田教授说。

为了制造拟议的双通道多频段相控阵接收器，该团队使用了65纳米CMOS工艺。芯片尺寸测量仅为3.2 mm x 1.4 mm，其中包括带有两个通道的接收器。

该团队采取了三管齐下的方法来解决5G NR通信的问题。第一种是使用谐波选择技术，使用三相本振（LO）来驱动混频器。这种技术降低了所需的LO频率覆盖范围，同时允许多频段下变频。第二种是使用双模多频段低噪声放大器（LNA）。LNA结构不仅提高了带间阻塞器的功率效率和容差（减少了来自其他频段的干扰），而且在电路性能和芯片面积之间实现了良好的平衡。最后，第三个方面是接收器，它利用Hartley接收器的架构来改善镜像抑制。该团队引入了一种单级混合型多相滤波器（PPF），用于边带选择和镜像抑制校准。

研究小组发现，所提出的技术优于其他最先进的多频段接收器。谐波选择技术支持在 （24.25—71） GHz 之间工作，同时显示高于 36dB 的带间阻塞信号抑制。此外，接收器消耗的功率很低（频率分别为36 mW、32 mW、51 mW和75 mW，频率为28 GHz、39 GHz、47.2 GHz和60.1 GHz）。

“通过将双模多频段LNA与多相滤波器相结合，该器件比其他最先进的滤波器更好地实现了对带间阻塞信号的抑制。这意味着对于当前使用的频段，在整个支持的（24-71）GHz工作区域内，抑制优于50dB，超过36dB。随着新的5G频段的出现，这种低噪声宽带接收器将被证明是有用的，“冈田教授总结道。