Hanno inoltre sviluppato la tecnologia per modularla. Grazie a questi sviluppi, sono riusciti a raggiungere velocità di trasmissione wireless di 56 Gigabit al secondo (Gbps), le più veloci al mondo.
Negli ultimi anni, per far fronte all'impennata del traffico dati derivante dalla diffusione di smartphone e altri dispositivi, sono state realizzate reti di collegamento tra stazioni base utilizzando la fibra ottica. Un problema di questo approccio, tuttavia, è la difficoltà di estendere il servizio in aree in cui la posa di una rete in fibra ottica è complessa, come le aree urbane o le regioni circondate da fiumi o montagne. Per ovviare a questo problema, il Tokyo Institute of Technology e Fujitsu Laboratories hanno sviluppato tecnologie di ricetrasmissione wireless ad alta velocità che utilizzano la banda delle onde millimetriche (da 30 a 300 GHz), dove attualmente vengono sviluppate poche applicazioni wireless, e che sono in grado di raggiungere comunicazioni ad alta capacità.
Questa tecnologia permette di disporre di apparecchiature di comunicazione wireless ad alta capacità che possono essere installate all'esterno, in applicazioni che le reti in fibra ottica non potrebbero supportare.
I dettagli di questa tecnologia sono stati rivelati all'IEEE International Solid-State Circuits Conference 2016 (ISSCC 2016), la più grande conferenza dedicata alla tecnologia dei semiconduttori.
Le trasmissioni wireless ad alta capacità richiedono l'utilizzo di ampie gamme di frequenza. Questo rende la banda delle onde millimetriche un'opzione adatta. Tuttavia, poiché la banda delle onde millimetriche utilizza frequenze così elevate, la progettazione di circuiti integrati CMOS per questo scopo si è rivelata complessa, in quanto i circuiti devono essere progettati per operare vicino ai suoi limiti. È stato inoltre difficile sviluppare circuiti ricetrasmettitori a bassa perdita in grado di modulare e demodulare segnali a banda larga all'interno e all'esterno della banda delle onde millimetriche, insieme a circuiti di interfaccia a bassa perdita che colleghino il circuito stampato all'antenna.
Informazioni su questa tecnologia
Il chip ricetrasmettitore wireless CMOS di nuova concezione e il modulo wireless incluso (Figura 1) sono costituiti da due tecnologie chiave.
1. Circuito ricetrasmettitore a bassa perdita e alta larghezza di banda
L'Istituto di Tecnologia di Tokyo ha sviluppato una tecnologia per circuiti ricetrasmettitori a banda larga e a bassa perdita in cui i segnali dati vengono suddivisi in due, ciascuno convertito in una diversa gamma di frequenza e quindi ricombinato (Figura 2). Ogni segnale è modulato in una banda larga di 10 GHz, con la banda bassa che occupa la gamma 72-82 GHz e la banda alta che occupa la gamma 89-99 GHz. Questa tecnologia consente la modulazione di un segnale a banda ultralarga di 20 GHz con basso rumore e un rapporto potenza ingresso-uscita simile fino a 10 GHz, con conseguenti trasmissioni di segnale di alta qualità.
L'Istituto di Tecnologia di Tokyo ha inoltre sviluppato un amplificatore per la trasmissione e la ricezione di onde radio come segnali a onde millimetriche. L'amplificatore a banda ultralarga per la gamma da 72 a 100 GHz è stato progettato con un circuito che stabilizza il rapporto di amplificazione retroazionando l'ampiezza del segnale di uscita all'ingresso per le componenti del segnale il cui rapporto di amplificazione diminuisce con la frequenza.
2. Tecnologia di modulazione
Il segnale in banda millimetrica, convertito dal chip a semiconduttore, viene trasportato lungo il percorso del segnale sul circuito stampato e inviato all'antenna. Poiché l'antenna è costituita da una guida d'onda (un cilindro metallico), è necessaria una connessione a banda ultralarga e a bassa perdita tra il circuito stampato e la guida d'onda. Fujitsu Laboratories e il Tokyo Institute of Technology hanno sviluppato un'interfaccia tra il circuito stampato e la guida d'onda che utilizza una configurazione di interconnessioni appositamente progettata sul circuito stampato per regolare l'impedenza nella gamma a banda ultralarga, riducendo così le perdite nella gamma di frequenza desiderata.
In questo progetto di sviluppo, il Tokyo Institute of Technology si è occupato principalmente della riduzione delle perdite nei circuiti ricetrasmettitori e dello sviluppo di tecnologie a banda larga, mentre Fujitsu Laboratories ha gestito principalmente le tecnologie di modularizzazione.
Risultati:
I test di trasferimento dati in ambienti interni sono stati condotti con due moduli uno di fronte all'altro, separati da una distanza di 10 cm. Questi test hanno raggiunto velocità di trasferimento dati di 56 Gbps, la velocità di trasmissione wireless più elevata al mondo, con una perdita massima del 10% tra la guida d'onda e il circuito stampato.
Combinando le tecnologie sviluppate in questo progetto con la tecnologia di amplificazione ad alta potenza, utilizzata per amplificare il segnale e aumentare l'area di trasmissione, e la tecnologia di banda base basata su circuiti, utilizzata per elaborare segnali a banda ultralarga, è possibile aumentare la capacità delle apparecchiature wireless per installazioni esterne. In questo modo, anche in luoghi dove è difficile installare nuove linee in fibra ottica, come aree urbane e zone circondate da montagne o fiumi, è possibile implementare una rete di stazioni base wireless ad alta capacità, contribuendo così a un ambiente di comunicazione confortevole in tali aree.
Piani futuri:
Fujitsu Laboratories punta a una commercializzazione su larga scala delle linee wireless per le stazioni base cellulari intorno al 2020.
