NTT利用波束成形实现300GHz频段高速数据传输

2023年IEEE MTT-S国际微波研讨会(IMS)于今年6月在美国加利福尼亚州圣地亚哥举行，会上NTT公司（总部位于东京）和东京工业大学研究人员表示，已经证实有一种相位阵列发射模块，可以向移动接收器瞬时传输超高容量数据。研究人员首次通过波束成形实现了300GHz频段的无线数据传输，有望利用这一研究成果实现第六代（6G）通信。

研究背景

在6G无线通信系统中，有望利用300GHz频段实现超高速无线通信，300GHz频段的优点是可使用较宽的频率范围。但另一方面，还面临着信号在空间传播过程中路径损耗较大的问题。人们正在研究波束成形技术来克服这个问题。

波束成形将无线电能量集中并引导至接收设备。5G无线系统使用的是28GHz和39GHz频段的无线电波，其中波束成形是通过CMOS集成电路实现的。另一方面，在300GHz频段，仅利用CMOS IC则输出功率不足。因此，世界各地研究人员正尝试将CMOS IC与具有高输出功率的III-V族 IC相结合，以实现300GHz频段的波束成形。然而，III-V IC内部以及III-V IC与CMOS IC之间的连接中能量损失较大，从而导致高输出功率受阻，因此迄今为止，还没有通过波束成形实现高速无线数据传输。

研究成果

NTT开发了磷化铟(InP) IC，其中集成了NTT专有的高输出功率放大电路和天线电路。这是通过基于InP的异质结双极晶体管(InP HBT)技术实现的，这一技术为NTT专有。东京工业大学成功制造出大规模CMOS IC，可进行频率转换和电路控制。NTT和东京工业大学通过将CMOS IC和InP IC安装在同一印刷电路板上，开发出了一种紧凑型四元件相位阵列发射模块。该发射模块的操纵范围为36°，最大数据速率为30Gbps，通信距离为50cm，首次利用波束成形实现了300GHz频段的高速无线数据传输（图1）。