用于 5G 无线电通信的新型改进型多波段操作接收器

东京工业大学的研究人员在一项新研究中开发了一种基于谐波选择技术的超宽带接收器，以提高 5G 网络的运行带宽。第五代 (5G) 移动网络现在在全球范围内使用，频率超过 100 Hz。为了跟上这些网络中的数据流量，需要适当的接收器。在这方面，拟议的技术可能会彻底改变下一代通信的世界。

随着下一代通信网络的开发，用于部署它们的技术也必须随之发展。第五代移动网络新无线电 (5G NR) 频段不断扩展，以提高信道容量和数据速率。5G新空口要实现跨制式通信和全球应用，多频段兼容必不可少。

手机信号增强器的工作用原理是，把室外运营商基站发出的信号，通过信号增强器中转到没有信号的地方，信号放大器通过它通过下行把基站的信号传输到室内，中间部分通过接收信号，滤波过滤信号，降噪等一系列电路设计，接收放大器所需要的信号，从而达到信号的覆盖，通过这个原理，不管是什么频段的信号，只要把里面的信道频段换成所需要放大器的频段，就可以实现信号的增强器，5G频段是高频段，达到3G-5G，信号放大器同样可以把它置入到系统内，来中转5G信号，所以信号增强器是可以放大5G信号的。

2018年4月3日，工信部向中国移动发放FDD运营牌照，允许中国移动在892-904/937-949MHz频 段开展FDD业务。同时工信部对中国移动的FDD业务的应用范围做了限定，仅限在县及县以下区域开展 ， 城市区域仅开展NB-IoT业务。

同时，工信部要求中国移动加快进行900MHz频段的腾退工作，并将腾退904-909/949-954MHz的2×5MHz频率资源分配至中国联通，用于加大支持中国联通4G网络和蜂窝物联网的发展。

最近，毫米波 (mmW) 通信被认为是管理 5G NR 网络中大型设备之间不断增长的数据流量的有前途的候选者。在过去几年中，许多研究表明，相控阵架构可提高毫米波频率下 5G NR 通信的信号质量。

不幸的是，多频段操作需要多个芯片，这增加了系统的尺寸和复杂性。此外，在多频带模式下运行会使接收器暴露在不断变化的电磁环境中，从而导致串扰和带有不需要回声的杂乱信号。

为了解决这些问题，日本东京工业大学 (Tokyo Tech) 的一组研究人员现已开发出一种新颖的“谐波选择技术”，用于扩展 5G NR 通信的操作带宽。这项由 Kenichi Okada 教授领导的研究发表在IEEE Journal of Solid-State Circuits上。

“与传统系统相比，我们建议的网络以低功耗运行。此外，频率覆盖范围使其与所有现有 5G 频段以及指定为下一个潜在许可频段的 60 GHz 兼容。因此，我们的接收器可以利用不断增长的 5G 带宽的关键，”冈田教授说。

为了制造所提出的双通道多波段相控阵接收器，该团队使用了 65 纳米 CMOS 工艺。芯片尺寸经测量仅为 3.2 mm x 1.4 mm，其中包括具有两个通道的接收器。

该团队采用三管齐下的方法来解决 5G NR 通信问题。第一种是使用谐波选择技术，使用三相本地振荡器 (LO) 来驱动混频器。该技术减少了所需的 LO 频率覆盖范围，同时允许多频段下变频。

第二种是使用双模多频带低噪声放大器 (LNA)。LNA结构不仅提高了功率效率和带间阻塞的容忍度(减少来自其他频段的干扰)，而且在电路性能和芯片面积之间取得了良好的平衡。最后，第三个插脚是接收器，它利用 Hartley 接收器的架构来改善镜像抑制。该团队引入了单级混合型多相滤波器 (PPF)，用于边带选择和镜像抑制校准。

该团队发现，所提出的技术优于其他最先进的多波段接收器。谐波选择技术支持在 (24.25—71) GHz 之间运行，同时显示出高于 36 dB 的带间阻塞抑制。此外，接收器消耗的功率很低(频率分别为 28 GHz、39 GHz、47.2 GHz 和 60.1 GHz 时分别为 36 mW、32 mW、51 mW 和 75 mW)。

“通过将双模多波段 LNA 与多相滤波器相结合，该设备比其他最先进的滤波器更好地实现了对带间阻塞的抑制。这意味着对于当前使用的波段，抑制比在整个受支持的 (24–71) GHz 操作区域，50dB 和超过 36dB。随着新的 5G频段的出现，这种低噪声宽带接收器将被证明是有用的，”Okada 教授总结道。