15Gbps 고속무선통신을 가능하게 하는 세계처음 5G대상 LO이상 방식에 28GHz 페이즈드어레이 무선기를 동경공업대학교가 개발

15Gbps 고속무선통신을 가능하게 하는 세계처음 5G대상 LO이상 방식에 28GHz 페이즈드어레이 무선기를 동경공업대학교가 개발

도쿄 공업대학교 오카다 켄이치 준교수의 연구팀이, 차세대통신 5G를 향해서 28GHz대를 이용하는 소형무선기 개발에 성공했습니다. 실리콘 CMOS팁으로 싼값으로 제작할 수 있는 무선기는 15Gbps 초고속무선전송을 달성하고, 고정밀도의 빔포밍도 실현했습니다.

2020년 도쿄 올림픽·패럴림픽을 향해서 제5세대 이동 통신 시스템(5G) 실용화를 목표로 해서 다양한 무선통신 기술이 개발되고 있습니다. 5G로 초고속통신에서는 높은 주파수대 전파 이용이 검토되고 있습니다만, 5G 보급에는 스마트폰 등 모바일 단말로 이용가능한 소형 무선기를 싼값으로 제조하는 것이 불가결입니다.

또 밀리파 등 비교적 파장이 짧은 전파를 이용하는 5G는, 복수의 안테나를 이용해서 전파 방사 방향을 좁히는 「빔 포밍」 활용이 필요로 되고 있습니다만, 저소비 전력이 요구되는 모바일 단말에 적합한 IC팁으로는, 고주파대로 위상을 제어할 수 있는 위상기 회로 개발이 요구되고 있었습니다.

오카다 준교수의 연구팀은, 65nm프로세스의 실리콘 CMOS로 빔 포밍에 필요한 위상기의 소형화에 성공하고, 5G대상 28GHz대 페이즈드어레이 무선기를 개발했습니다. 시작 팁은, 4mm×3mm 스페이스에 페이즈드어레이 무선기를 4계통 탑재합니다.

고주파대의 위상제어에는, RF변조파 자체의 위상을 변화시키는 RF위상기가 아니고, 반송파가 되는 국부발진기(LO)신호의 위상을 변화시키는 LO위상기를 채용했습니다. 원리적으로 위상 변화로 이득변동이 생기지 않는 LO위상기를 이용하는 것으로, 높은 신호 품질을 실현합니다.

LO위상방식으로는 회로를 소형하기가 곤란했지만, 다상의 필터와 공진기를 단일인 증진기로 하는 것으로 소면적으로 거두는 것에 성공했습니다. LO위상방식에 의한 5G대상 28GHz대 무선기는 세계처음입니다.

개발한 평가 기판에는 CMOS팁을 2개 탑재.

안테나를 8개 이용가능합니다.

실내에서 5미터 거리로 모듈 2대를 마주 대해서 실행한 데이터 전송 시험에서는, 15Gbps 통신 속도를 달성했습니다. 이것은, 종래에 보고된 CMOS집적 회로에 의한 28GHz대 무선기에 비교해서 125배 속도 향상입니다. 한편, 소비 전력은 원-칩당 송신시 1.2W, 수신시 0.6W이었습니다.

또, LO위상기로 각안테나에서 송수신 타이밍을 늦추는 것으로, 0.1도의 정밀도로 전파 방사 방향을 조정하는 것에도 성공했습니다. 오카다 준교수에 의하면 안테나를 256소자 사용하면, 10Gbps로 15km거리라도 통신하는 것을 가능하다고 합니다.

오카다 준교수는, 개발한 LO이상방식에 28GHz 페이즈드어레이 무선기를 스마트폰이나 기지국에의 2020년경에 실용화를 목표로 한다고 진술했습니다.