6G 超越 100 Gbps 到 1 Tbps

6G 超越 100 Gbps 到 1 Tbps

白皮书

6G - 超越100Gbps，实现1Tbps数据吞吐量

使用Sub-THz测试台进行6G研究，实现超过100Gbps的数据吞吐量

 

6G目前处于非常早期的研究阶段。国际电信联盟所期待的“网络2030”愿景正在逐步实现。虽然该行业距离进入6G标准开发进程还有几年的时间，但亚太赫兹（sub-THz）技术已经成为研究的重点。6G的一个关键目标和积极研究领域是实现100Gbps至1Tbps的数据吞吐量。这种极端的数据吞吐量可能最终会成为6G的关键性能指标（KPI）。但是，无论从射频角度还是基带角度来看，这个目标都会带来重大挑战。

 

 

增加数据吞吐量有三种基本方法。

  1. 第一种方法是使用诸如64QAM之类的高阶调制方案，增加每个符号传输的比特数。如果给定固定和有限的频谱带宽，在信道条件和无线电性都能允许的情况下，将调制阶数从QPSK（每个符号传输2Gbps）增加到64QAM（每个符号传输6Gbps），那么数据吞吐量将增加三倍。1GHzQPSK符号率理论上将产生2Gbps的原始计算数据吞吐量，而无需前向纠错（FEC）编码率冗余。但是，在使用相同频谱占用带宽的情况下，将调制阶数增加到64QAM，就可以获得6Gbps的数据吞吐量。
  2. 第二种方法是使用更多的频谱带宽，通过提高符号率来增加数据吞吐量。例如，1GHz符号率占用的信道带宽约为1.22GHz，假设使用0.22根升余弦滤波器alpha（或超带宽）。将符号率提高10倍至10GHz时，QPSK数据吞吐量将增加到20Gbps，但会使用更宽的频谱（约12.2GHz）。将调制阶数增加到64QAM，可使数据吞吐量增加到60Gbps，但由于受信噪比（SNR）降低、线性幅度和相位损伤更大、以及其他技术挑战的影响，使得在这些极端调制带宽下支持更高阶调制方案变得更具挑战性[1]。
  3. 第三种方法是使用多输入/多输出（MIMO）等多天线技术传输多个独立的数据流。MIMO可以高效利用信道，同时发送和接收多个独立的数据流，实现更高的数据吞吐量。对于QPSK的1GHz符号率，通过使用MIMO编码/解码同时传输两个独立的数据流，可以提高数据吞吐量。但是，数据吞吐量的实际增加幅度将取决于信道条件和系统开销。本白皮书将从射频物理层的角度，讨论在H波段（220-330GHz）上使用前两种方法，以证明使用30GHz占用带宽和64QAM调制有可能实现超过100Gbps的吞吐量。

 

 

IEEE802.15.3d可以用于固定点对点应用

6G的标准化进程尚未开始。但是，IEEE802.15.3d[2]作为现有标准的示例，使用252GHz和325GHz之间的sub-THz频率范围支持固定点对点应用。此外，IEEE802.15.3d还定义了物理层模式，可使用高达69.12GHz的带宽实现高达100Gb/s的数据速率。IEEE802.15.3d规范的表6-17j列出了sub-THz物理层支持的八种不同带宽。

 

 

IEEE802.11ad/ay信道带宽（分别是2.16GHz和4.32GHz）的倍数带宽。第1行表示802.11ad信道带宽（即2.16GHz）。第2行表示802.11ay的两个绑定信道（CB2）带宽（即4.32GHz）。第3行表示802.11ay四个绑定信道（CB4）带宽（即8.64GHz）。第4-8行代表802.11ayCB2和CB4信道带宽的整数倍带宽（高达69.12GHz）。

 

 

Sub-THz测试台用于H波段（220-330GHz）

图2显示Sub-THz测试台，可以用于H波段（220-330GHz）。该测试台使用KeysightM8196A任意波形发生器（AWG），并非之前的KeysightM8195A任意波形发生器（AWG），后者可用于D波段（110-170GHz）和G波段（140-220GHz）[1]。

 

 

测试台概述

多通道KeysightM8196A92GSa/s任意波形发生器（AWG）可以生成宽带宽调制中频（IF）信号，模拟32GHz带宽。VirginiaDiodesInc.（VDI）紧凑型WR3.4H波段上变频器（N9029ACST-U03）可以将IF频率从KeysightM8196A92GSa/s任意波形发生器（AWG）转换为所需的sub-THz频率。

 

 

该上变频器对本地振荡器（LO）频率使用12倍的乘法因子。KeysightE8257DPSG矢量信号发生器配备选件UNY，可以为VDI上变频器和下变频器提供低相位噪声的本地振荡器（LO）。VDI-EricksonPM5B功率计配备WR3.4波导锥度，可以执行功率测量。在接收端，VDI紧凑型WR3.4H波段下变频器（N9029ACST-D03）可以将sub-THz频率转换为IF频率。KeysightUXR多通道高性能示波器的采样率为256GSa/s，可以将IF信号数字化。

 

 

图2的配置使用对角发射和接收喇叭天线（N5262HORN-034），适用于空口（OTA）传输。还使用WR3.4波导带通滤波器或WR3.4波导直通部分进行波导到波导测量，获得更宽的调制带宽测试例。通过使用不同的VDI转换器和KeysightM8195A任意波形发生器（AWG），该测试台可在D和Gsub-THz频段进行扩展。它在波形方面也很灵活，因为它可以使用各种软件平台，用以生成和分析候选波形。该测试台支持为测试应用程序编写的软件，以及KeysightPathWaveSystemVue设计软件、VSA软件或IQtools（基于MATLAB）。由于测试台任意波形发生器（AWG）和示波器是多通道的，因此通道数量可扩展，以利于进行MIMO研究。

 

 

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