美國研發出全新無線收發器：傳輸速率可達120Gbps，可媲美光纖

1月27日消息，據外媒Tom's hardware報道，美國加州大學爾灣分校的研究人員最近開發出了一款全新的無線收發器，能利用140GHz 頻段以高達120Gbps的超高速率進行數據傳輸，相當于每秒傳輸15GB大小的文件，速度是Wi-Fi 7（30 Gbps）的4倍，是5G網絡的12倍以上，達到了可以與多數數據中心和商用光纖的約100Gbps的速度。

該研究團隊在《IEEE固態電路期刊》基于該項技術創新發表了兩篇論文，分別是《An Antenna-to-Bits F-Band 120-Gbps CMOS RF-64QAM Receiver》和《A Bits-to-Antenna F-Band 120-Gb/s CMOS RF-64QAM Transmitter for FutureG Wireless Links》，介紹了該無線發射器和接收器的設計。

其中，無線發射器（TX）是完全集成在45納米CMOS SOI中，能夠實現超過100 Gb/s的數據速率。在射頻域內直接形成64QAM星座的獨特方法，使用三個QPSK子TX并控制振幅加權，有效緩解了功率放大器（PA）非線性在高階調制中帶來的復雜性。這一戰略性方法為帶寬和輸出功率的顯著提升打開了新途徑。論文還進一步探討了該TX設計的額外優勢，如局部振蕩器（LO）泄漏抑制和提升輸出功率，同時詳細介紹了電路塊實現的具體情況。RF-64QAM TX原型采用40 GHz射頻帶寬，測量數據傳輸速率為120 Gb/s，有效各向同性輻射功率（EIRP）為16 dBm。

無線接收器（RX）是一款CMOS 100–140 GHz端到端接收器，它將天線輸入整合到比特流輸出，同時在模擬域完全解調64QAM/16QAM/QPSK信號。一種順序異步解調方法使得120 Gbps的運行速度同時基帶功耗顯著較低。RX采用22納米FDSOI CMOS工藝制造，實現32 dB的峰值轉換增益和9.5 dB的最小噪聲系數（NF）。在15厘米距離的無線鏈路測量中，展示了QPSK、16QAM和64QAM在誤差矢量大小分別為?12、?17.5和?17.2 dB時的實時解調。RX原型占用2.5×3平方毫米的芯片面積，包括墊環和測試結構，耗電230毫瓦。這項工作強調了在納米級CMOS中實現低功耗、亞太赫茲、高速RX的可行性。

論壇主要作者Zisong Wang表示，聯邦通訊委員會和6G標準機構正將100GHz頻譜視為新前線，但傳統發射器因采DAC而復雜耗電，面臨所謂DAC瓶頸。突破點于在拿掉傳統數模轉換器（DAC），改為采三個同步子發射器直接從數字信號發送模擬信號。

該新技術另一個優勢是高能效，硅材料是以22奈米制造，使用CMOS SOI工藝，比臺積電和三星電子最先進的2納米更容易生產，更容易具成本效益并大規模生產，促進消費電子產品快速采用。新技術還可當作數據中心所需的長距離布線替代方案，降低建設營運成本。

當然該新技術也有挑戰。目前5G毫米波的有效覆蓋范圍約300米，新技術有效范圍可能更小，除非出現創新擴展高速無線涵蓋范圍，否則將難以實現長距離傳輸。

編輯：芯智訊-林子