IBM и Ericsson представиха значим напредък в 5G комуникациите, постигнат с компактна радио антена на базата на силициев чип

IBM и Ericsson обявиха, че са създали компактна радио антена (mmWave) на базата на силициев чип, оперираща на 28ГХц и разработена за използване в бъдещите 5G базови станции. Компактното радио бе демонстрирано в модулна антена с фазова решетка, която ще спомогне за ускоряване пускането на търговски 5G мрежи.

Учени от развойните центрове на IBM Research и Ericsson постигнаха този пробив в резултат на двегодишно сътрудничество, целящо да разработи дизайн на антена с фазова решетка за 5G. Експертизата на IBM в интегрирани радио решения с дефазирана решетка и антена в един модул, заедно с опита на Ericsson в проектиране на схеми и системи за мобилни комуникации, помогна на екипа да постигне няколко нови технологични достижения.

Томас Норен, директор Product Area Network Products в Ericsson, сподели: „Има сериозен окуражителен напредък в стандартизацията на 5G през изминалата година, включващ началото на полеви тестове в работещи мрежи. Големите усилия в научно-изследователската и развойна дейност са от ключово значение за това и нашето сътрудничество с IBM Research в областта на антените с дефазирани решетки може да помогне на операторите  ефективно да внедрят радио инфраструктура, необходима за бъдещето на 5G. Новите приложения и сценарии на употреба, които обхващат взаимодействието на хората и машините, виртуалната реалност, интелигентните домакински уреди и свързаните автомобили, ще зависят от иновативни технологии, които могат да направят обещанията за по-високи скорости за пренос на данни, по-широка честотна лента и по-дълъг живот на батерията реалност.“

„Разработването на тази компактна 5G радио антена с дефазирана решетка е важен пробив, не само заради компактните ѝ размери и ниска цена, което я прави много атрактивно търговско решение за фирми, занимаващи се с мрежово оборудване, и оператори, но и заради нейния потенциал за разгръщане и вдъхновяване на съвсем нови идеи и иновации, които не сме си и представяли“, каза д-р Дарио Гил, вицепрезидент Наука & Решения в IBM Research.

Превръщане на 5G в реалност

2017 се счита за основополагаща година за 5G. Все повече държави и правителства отварят за употреба високите честоти в милиметровия обхват на честотния спектър – над 10 пъти по-високи от честотите, използвани за настоящите мобилни устройства. Внедряването на 5G милиметрови вълни се очаква да започне от 24 ГХц, покачвайки честотата в радиочестотния спектър с цел осигуряване на значително по-широки честотни ленти.

Първата версия на 3GPP 5G спецификацията се планира да бъде готова до 2017/2018, но вече има значим напредък в индустрията с полеви тестове и демонстрации на нови потребителски изживявания и функционалности, станали възможни благодарение на по-висока честотна лента, по-малки закъснения по мрежата, по-голяма плътност при разполагането на базови станции и по-ниска консумация на енергия на 5G мрежите.

Очаква се при определени сценарий на употреба 5G мрежите да поддържат скорост за пренос на данни над 10Gbps. Разработени са нови функционалности, които да позволят на потребителите да изтеглят пълнометражен HD филм за секунди; да осигуряват много широка честотна лента и непрекъснат стрийминг на живо в силно натоварена среда и населени обекти като спортни или концертни зали; реакция на мрежата без закъснения, което спомага дистанционната хирургия, или завладяващо изживяване във виртуална реалност; както и 10-годишен живот на батерията за клетъчни устройства в отдалечени райони, които могат да бъдат част от IoT среда.

За пробива с модулната радио антена с фазова решетка

За да бъдат използвани в бъдещия развой на 5G-мрежите и оправдани от търговска гледна точка, за антените с дефазирана решетка важни фактори са размерът, теглото и цената. Резултатът, постигнат от екипа на IBM и Ericsson – първата в света модулна антена с фазова решетка на основата на силициев чип, работеща при 28ГХц, е значителна стъпка към изпълнението на това предизвикателство. Модулът, който се състои от четири монолитни интегрални схеми и 64 двойно поляризирани антени, е с размери около 2.8 инча на 2.8 инча, или около половината от размера на стандартен смартфон. Постигането на тази компактна форма е много важно за широкото разпространение на тази технология, особено в затворени пространства и гъстонаселените централни райони в градовете.

Друг напредък, докладван от екипа, във връзка с работата на модула е демонстрацията на едновременна работа с двойна поляризация в режими предаване и приемане. Тази функционалност позволява на един антенен модул с дефазирана решетка да формира два лъча едновременно, удвоявайки броя на потребителите, обслужвани в един и същ момент, и подобрявайки по този начин общата стойност и цената на технологията.

Основна пречка за използването на високи честоти в областта на мобилните комуникации е постигането на добра скорост до терминалите при достатъчно голямо разстояние При 28 ГХц, антените са малки и самостоятелно имат малък обхват, но комбинирането на няколко такива миниатюрни антени не само увеличава обхвата, но и дава възможност за насочване на сигнали в определени посоки. Разработката на екипа на IBM и Ericsson за антена с дефазирана решетка поддържа резолюция на диаграмата на насоченост от по-малко от 1.4 градуса за висока точност при насочване на лъча към потребителите.

IBM Communications – иновации в схемите и системите

IBM Research има дълга история в проектирането и разработването на интегрални схеми и фазови решетки – те са създатели на първото монолитно радио в милиметровия честотен обхват през 2006 г. През 2013 г. екипът представя резултати от интегриран приемопредавател в милиметров обхват с дефазирана решетка, както за мобилни комуникации, така и за радарни приложения, които на свой ред положиха основите на тази най-нова научна разработка. Учените от IBM също са изследвали как мобилните телефони ще комуникират на новите по-високи честоти, показвайки начина, по който 5G радиомодули могат да бъдат интегрирани в мобилните телефони.

Доклад, описващ работата на екипа на IBM Research и Ericsson, озаглавен „Дефазиран приемо-предавател с 32 елемента в областта на 28ГХц, с два едновременни поляризирани лъча с резолюция 1.4 градуса за 5G комуникации“, бе представен на 7 февруари 2017 г. на International Solid State Circuits Conference в Сан Франциско.