El Tokyo Institute of Technology y Fujitsu Laboratories Ltd. han anunciado que, en un esfuerzo para ampliar aún más la capacidad de los equipos inalámbricos, han desarrollado un chip transceptor inalámbrico CMOS que puede procesar señales a alta velocidad con poca pérdida, en una amplia gama de frecuencias, a partir de 72 a 100 gigahercios (GHz).

También han desarrollado la tecnología para modularla. Con estos desarrollos, tuvieron éxito en el logro de velocidades de transmisión inalámbrica de 56 Gigabits por segundo (Gbps), la más rápida del mundo.

En los últimos años, para hacer frente al gran aumento en el tráfico de datos que resulten del uso generalizado de los teléfonos inteligentes y otros dispositivos, las redes que enlazan las estaciones base utilizan fibra óptica. Un problema de este enfoque, sin embargo, es que es difícil de ampliar el servicio en zonas donde es difícil instalar una red de cables de fibra óptica, por ejemplo en zonas urbanas o en zonas rodeadas por ríos o montañas. Para hacer frente a este problema, el Instituto de tecnología de Tokio y Fujitsu Laboratories han desarrollado tecnologías de transceptores inalámbricos de alta velocidad que utilizan la banda de ondas milimétricas (30 a 300 GHz), donde son pocos los que desarrollan aplicaciones inalámbricas, y que son capaces conseguir comunicaciones de gran capacidad.

Esta tecnología hace posible tener equipos de comunicaciones inalámbricas de alta capacidad que pueden ser instalados al aire libre, en las aplicaciones que las redes de fibra óptica no podrían servir.

Los detalles de esta tecnología se han dado a conocer en la IEEE International Solid-State Circuits Conference 2016 (ISSCC 2016), la mayor conferencia relacionada con la tecnología de semiconductores.

Las transmisiones inalámbricas de alta capacidad necesitan utilizar rangos de frecuencia amplios. Esto hace del uso de la banda de ondas milimétricas una opción adecuada. Pero debido a que la banda de ondas milimétricas utiliza tan altas frecuencias, el diseño de circuitos integrados CMOS para ese propósito, ha sido un reto, ya que se necesita diseñar los circuitos para operar cerca de sus límites. También ha sido difícil desarrollar circuitos transceptores de baja pérdida que modulan y demodulan señales de banda ancha dentro y fuera de la banda de ondas milimétricas, con circuitos de interfaz de baja pérdida, que conectan la placa del circuito a la antena.

Sobre esta tecnología

El nuevo chip tranceptor inalámbrico CMOS de nuevo desarrollo y el módulo inalámbrico que incluye (Figura 1) se componen de dos tecnologías clave.

1. Baja pérdida, circuito transceptor de alto ancho de banda

El Tokyo Institute of Technology ha desarrollado una tecnología para banda ancha, circuitos transceptores de baja pérdida en el que las señales de datos se dividen en dos, con cada una convertida en diferentes rangos de frecuencia, y luego recombinada (Figura 2). Cada señal es modulada en una banda de 10 GHz de ancho, con la banda baja que ocupa el rango de 72 a 82 GHz, y la banda alta que ocupa el rango de 89 a 99 GHz. Esta tecnología permite la modulación de una señal de banda ultra ancha de 20 GHz, con bajo nivel de ruido y un rango similar en la relación entre la entrada y la potencia de salida de hasta 10 métodos GHz, lo que resulta en transmisiones de señal de alta calidad.

El Tokyo Institute of Technology también ha desarrollado un amplificador para enviar y recibir ondas de radio como señales convertidas a banda de ondas milimétricas. El amplificador de banda ultra ancha para 72 a 100 GHz fue diseñado con tecnologías de circuitos que estabilizan la relación de amplificación mediante la alimentación de la amplitud de la señal de salida hacia la entrada para los componentes de señal cuya proporción de amplificación basada en la frecuencia disminuye.

2. Tecnología de modularción

La señal convertida banda de ondas milimétricas por el chip semiconductor se transporta a través trayectoria de la señal de la placa de circuito y se suministra a la antena. Debido a que la antena está hecha de una guía de onda (un cilindro metálico), es necesario que haya una conexión de banda ultra ancha, de baja pérdida entre la placa de circuito impreso y la guía de onda. Fujitsu Laboratories y el Tokyo Institute of Technology desarrolló una interfaz entre la placa de circuito y la guía de ondas que utiliza un modelo especialmente diseñado de interconexiones en la placa de circuito impreso para ajustar la impedancia para el rango de banda ultra ancha, permitiendo reducir la pérdida en el rango de frecuencia deseado.

En este proyecto de desarrollo, el Instituto de tecnología de Tokio fue el principal responsable de la reducción de las pérdidas del circuito-transceptor y el desarrollo de tecnologías de banda ancha, mientras que Fujitsu Laboratories gestionó principalmente las tecnologías de modularización.

Resultados
Se llevaron a cabo pruebas de transferencia de datos de interior, con dos módulos uno frente al otro, separados por una distancia de 10 cm. Estas pruebas lograron tasas de transferencia de datos de 56 Gbps, la velocidad de transmisión inalámbrica más rápida del mundo, con la pérdida de un máximo del 10% entre la guía de ondas y la placa de circuito.

Mediante la combinación de las tecnologías desarrolladas en este proyecto con tecnología con amplificador de alta salida, utilizada para amplificar la señal y aumentar el área de transporte, y la tecnología de banda base de circuito, utilizada para procesar señales de banda ultra-ancha, es posible aumentar la capacidad de los equipos inalámbricos para su instalación al aire libre. De este modo, incluso en lugares donde las nuevas líneas de fibra óptica son difíciles de instalar, como las zonas urbanas y lugares rodeados de montañas o ríos, se puede desplegar una red de estación base inalámbrica de alta capacidad, contribuyendo así a la prestación de un confortable entorno de comunicaciones en esos lugares.

Planes futuros
Fujitsu Laboratorios aspira a tener una implementación comercial de líneas troncales inalámbricas para estaciones base celulares alrededor de 2.020.

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