IBM i Ericsson ogłaszają postępy w badaniach nad sieciami komunikacyjnymi 5G

IBM (NYSE: IBM) i Ericsson (NASDAQ: ERIC) ogłosiły przełom w badaniach, które mogą przyspieszyć uruchomienie sieci komunikacji 5G i obsługę nowych rozwiązań mobilnych (Internet Rzeczy, pojazdy autonomiczne, rzeczywistość wirtualna) dzięki transmisji danych o bardzo dużej szybkości.

Firmy  stworzyły kompaktowy układ scalony na bazie krzemu z przesunięciem fazowym fal milimetrowych (mmWave) pracujący z częstotliwością 28 GHz, którego możliwości przedstawiono w ramach moduły anteny z przesunięciem fazowym, zaprojektowanym pod kątem użytkowania w przyszłości w stacjach bazowych 5G.

Rok 2017 określono jako rok definiujący technologię 5G. Coraz więcej krajów udostępnia nowe fragmenty częstotliwości spektrum elektromagnetycznego, w tym fragmenty znane pod nazwą pasm milimetrowych, 10-krotnie większe od częstotliwości stosowanych obecnie w urządzeniach mobilnych, oferujących nowe źródło przepływu danych dla sieci komórkowych udostępnianych dla potrzeb sieci 5G.

Naukowcy IBM Research i Ericsson osiągnęli ten przełomowy wynik dzięki dwuletniej współpracy mającej na celu opracowanie konstrukcji anteny z przesunięciem fazowym dla potrzeb standardu 5G. Doświadczenie firmy IBM w dziedzinie wysoce integrowanych rozwiązań mmWave IC i pakietów anten z przesunięciem fazowym, w połączeniu z doświadczeniem firmy Ericsson w dziedzinie konstrukcji obwodów i systemów komunikacji mobilnej, pomogły zespołowi osiągnąć kilka ważnych, nowych, technologicznych kamieni milowych.

Thomas Noren, Senior Advisor, Business Unit Network Products, Ericsson, mówi: "Poczyniliśmy znaczne postępy w dziedzinie standaryzacji 5G w ostatnim roku, łącznie z pierwszymi testami terenowymi.. Kluczem tego sukcesu są działania w dziedzinie badań i rozwoju, które wraz ze współpracą Ericsson z IBM Research w dziedzinie anten z przesunięciem fazowym mogą pomóc operatorom efektywnie rozwijać radiową infrastrukturę dostępową niezbędną dla celów obsługi przyszłego standardu 5G. Przykłady nowego wykorzystania i zastosowań obejmujących interakcję ludzi z maszynami, rzeczywistość wirtualną, inteligentne systemy domowe i połączone samochody będą uzależnione od innowacyjnych technologii mogących spełnić obietnice większej szybkości przesyłu danych, większej przepustowości i dłuższej żywotności baterii."

"Rozwój tej technologii 5G opartej na przesunięciu fazowym fal milimetrowych stanowi ważny przełom, nie tylko z racji jej kompaktowego rozmiaru i niewielkiego kosztu, dzięki którym jest ona bardzo atrakcyjnym z handlowego punktu widzenia rozwiązaniem dla firm sprzedających wyposażenie sieciowe i operatorów, ale również z racji jej potencjału i możliwości promowania nowych pomysłów i innowacji o których dotychczas nawet nie śniliśmy, dzięki całkowicie sieciowemu społeczeństwu," powiedział Dr. Dario Gil, Vice President of Science & Solutions, IBM Researc

Przekuwanie 5G w rzeczywistość

Pierwsze wydanie specyfikacji 3GPP 5G planuje się na przełomie 2017 i 2018 roku, ale już teraz poczyniono znaczne postępy w branży, w postaci testów terenowych i demonstracji nowych doświadczeń użytkowników i możliwości udostępnianych przez większą przepustowość, mniejsze opóźnienie sygnału, większą gęstość i mniejsze wymagania energetyczne sieci 5G.

Oczekuje się, że technologia 5G będzie obsługiwać prędkości przesyłu danych przekraczające 10 Gbps w określonych warunkach. Nowe możliwości mają zapewnić użytkownikom możliwość pobierania pełnometrażowych filmów w jakości HD w ciągu sekund, zapewniać bardzo dużą przepustowość danych i nieprzerwany streaming w niezwykle zagęszczonym otoczeniu, takim jak hale sportowe i koncertowe, doświadczenie „rzeczywistego” czasu odpowiedzi umożliwiającego zdalne prowadzenie zabiegów medycznych czy realistyczne doświadczenie rzeczywistości wirtualnej czy żywotność baterii rzędu 10 lat w przypadku zdalnych urządzeń komórkowych mogących stanowić elementy środowiska Internetu Rzeczy.

Więcej o przełomowym module antenowym z przesunięciem fazowym

Aby przyszłościowe rozwiązania 5G z przesunięciem fazowym miały rację bytu z handlowego punktu widzenia, ważne jest odpowiednie dobranie ich rozmiarów, wagi, ceny i jakości elementów. Wynik pracy zespołu IBM i Ericsson, pierwszy przedstawiony w skali globalnej moduł anteny z przesunięciem fazowym na bazie krzemu, pracującej na częstotliwościach fal milimetrowych przy 28GHz, to znaczący krok na drodze do stawienia czoła temu wyzwaniu. Moduł składający się z czterech monolitycznych układów scalonych i 64 anten o podwójnej polaryzacji ma wymiary w przybliżeniu 7 x 7 cm, czyli mniej więcej połowę wielkości typowego smartfona. Osiągnięcie tak kompaktowego kształtu jest warunkiem umożliwiającym rozwój wizji powszechnej dostępności takiej sieci, zwłaszcza w przestrzeniach zamkniętych i gęsto zaludnionych centrach miast.

Kolejnym znaczącym postępem ogłoszonym przez zespół było wykazanie jednoczesnej pracy układu o podwójnej polaryzacji w trybie nadawania i odbioru danych. Funkcja ta umożliwia jednemu modułowi anteny z przesunięciem fazowym jednoczesne tworzenie dwóch wiązek, podwojenie liczby jednocześnie obsługiwanych użytkowników i poprawę ogólnej wartości i ekonomicznego aspektu technologii.

Znaczącą przeszkodą na drodze do wykorzystania sygnałów mmWave w komunikacji mobilnej jest osiągnięcie dostatecznego zasięgu urządzeń radiowych, umożliwiającego obsługę docelowych zastosowań. Przy częstotliwości 28 GHz, każda antena jest mała i sama obsługiwałaby znajdujące się w pobliżu urządzenia komunikacyjnej, lecz połączenie wielu takich małych anten nie tylko zwiększa zasięg, lecz umożliwia również kierowanie sygnałów w określonym kierunku. Konstrukcja zespołu IBM i Ericsson wykorzystująca przesunięcie fazowe obsługuje rozdzielczość kierowania wiązki mniejszą niż 1,4 stopnia, umożliwiając precyzyjne kierowanie wiązki w stronę użytkownika.

Obwody komunikacyjne i innowacje systemowe IBM

IBM Research ma za sobą długą historię projektowania i rozwoju układów scalonych i układów z przesunięciem faz, ten dział badawczy to pionierzy pierwszego monolitycznego radia mmWave które ujrzało światło dzienne w roku 2006. W 2013 roku zespół przedstawił wyniki dotyczące wysoce zintegrowanego przekaźnika mmWave z przesunięciem fazowym, przeznaczonego zarówno dla celów komunikacji mobilnej jak i zastosowań obrazowania radarowego stanowiących podstawę najnowszych prac naukowych. Naukowcy IBM zbadali również sposób, w jaki urządzenia mobilne będą komunikować się na nowych częstotliwościach mmWave, pokazując ścieżkę wdrożenia urządzeń radiowych pracujących w technologii mmWave 5G w telefonach komórkowych.

Artykuł opisujący prace zespołu IBM Research i firmy Ericsson, zatytułowany "A 28GHz 32-Element Phased-Array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized Beams and 1.4 Degree Beam-Steering Resolution for 5G Communications," został przedstawiony 7 lutego w czasie International Solid State Circuits Conference 2017 w San Francisco.