Investigadores desenvolvem transcetor compacto de 28 GHz que suporta MIMO com polarização dupla

Estudo contribui para impulsionar avanços no 5G

Investigadores do Instituto Tecnológico de Tóquio (Tokyo Tech) e da NEC Corporation (NEC) desenvolveram em conjunto um transcetor de matriz faseada1 a 28 GHz que suporta MIMO2 com polarização dupla para unidades de rádio do sistema de comunicações móveis de quinta geração (5G). Os avanços em 5G vão beneficiar uma série de indústrias, desde os cuidados de saúde, produção e transporte até à educação e entretenimento, as quais exigem uma elevada largura de banda e conectividade de alta qualidade.

À medida que os países lançam ou preparam serviços 5G, os investigadores continuam a intensificar os esforços para facilitar a implementação de infraestruturas 5G. Os transcetores de matriz faseada de dupla polarização são uma classe atraente de sistemas de antenas que podem transmitir dados simultaneamente através de ondas com polarização horizontal e vertical. Numerosos estudos demonstraram que os MIMO com polarização dupla podem melhorar a taxa de dados e a eficiência espectral em unidades de rádio 5G. No entanto, um dos problemas encontrados com estes sistemas é a perda de polarização cruzada3, que resulta na degradação da qualidade do sinal, especialmente em bandas de ondas milimétricas.

Agora, o laboratório do Professor Kenichi Okada no Departamento de Engenharia Eletrotécnica e Eletrónica do Tokyo Tech em conjunto com a NEC no Japão, desenvolveram um transcetor capaz de cancelar interferências de polarização cruzada utilizando um assim designado cancelador horizontal e vertical (H/V) incorporado. Os testes mostraram que a magnitude do vetor de erro4 em 256QAM5 pode ser melhorada de 7,6% para um valor mais desejável e inferior de 3,3%, utilizando esta nova técnica de cancelamento de perdas. "Os sinais de cancelamento são gerados para polarização horizontal e vertical do lado da transmissão, de modo a poderem cancelar a perda de polarização cruzada causada através de todos os componentes do chip emissor/recetor, embalagem, placa de circuito impresso e antena", afirmam os investigadores.

O transcetor foi fabricado utilizando tecnologia CMOS6 de silício de baixo custo e de produção em massa, ocupando uma área de apenas 16 mm2. Os investigadores preveem que os novos circuitos possam ser instalados numa vasta gama de aplicações que no futuro serão viabilizadas através do 5G. É importante salientar que o transcetor irá contribuir para melhorar a eficiência espectral, mantendo ao mesmo tempo a dimensão do equipamento e os custos de instalação num nível mínimo.

Os resultados foram apresentados no 2020 Symposia on VLSI Technology and Circuits (VLSI 2020). O documento foi selecionado também como um dos destaques técnicos da conferência.

Esta investigação é apoiada pelo Ministério dos Assuntos Internos e das Comunicações do Japão (JPJ000254).

Figura 1. O novo transcetor foi concebido para limitar a degradação do sinal

Uma ilustração do cancelamento de perdas entre os sinais de polarização e a rotação arbitrária da polarização angular.

Figura 2. Rádio de matriz faseada para polarização MIMO.

Figura 3. Placa de circuito impresso com 64 elementos de antena.

Termos técnicos

Matriz faseada: Uma matriz de antenas orientáveis eletricamente.

MIMO com polarização dual: múltiplas entradas múltiplas saídas (MIMO) com polarização dual refere-se a uma matriz de antenas para comunicação sem fios que pode melhorar a capacidade de transmissão através da utilização de uma pluralidade de antenas que transmitem sinais em simultâneo.

Perda de polarização cruzada: Um tipo de perda de sinal causado por sinais com polarização horizontal e vertical que interferem entre si.

Grandeza do vetor de erro: Uma medida do nível de interferência, calculada pela diferença entre o sinal ideal transmitido e o sinal efetivamente recebido.

256QAM: O método de mais elevada modulação digital para converter dados digitais em ondas de rádio e sinais elétricos.

CMOS: Semicondutor-metal-oxido complementar, o principal método de processamento para a criação de circuitos integrados.