全雙工RF加倍無(wú)線(xiàn)通信傳輸速度，應對5G足夠了

　　在大學(xué)的電子工程系課程中，我們曾經(jīng)學(xué)過(guò)“全雙工”（發(fā)送與接收）必須在不同的頻率或在不同的時(shí)間（技術(shù)上來(lái)說(shuō)是半雙工）中進(jìn)行。也就是說(shuō)，如果不是在不同的頻率下同時(shí)進(jìn)行發(fā)射與接收，就是在不同的時(shí)間下以相同頻率發(fā)射與接收。然而，根據美國紐約哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）的研究人員指出，這種單向的“全雙工”其實(shí)是騙人的。

　　哥倫比亞大學(xué)研究人員們最近展示一種稱(chēng)為“哥倫比亞高速與毫米波IC”（CoSMIC）的互補金屬氧化物半導體（CMOS）芯片，可在相同頻率下同時(shí)實(shí)現全雙工，從而提高了一倍的無(wú)線(xiàn)通信速度。

　　CoSMIC Lab以納米級CMOS建置的全雙工收發(fā)器IC，可在相同頻率下以無(wú)線(xiàn)電實(shí)現同時(shí)傳送與接收。

　　哥倫比亞大學(xué)電子工程學(xué)系教授Harish Krishnaswamy表示：“在此以前，一般都認為不可能在相同頻率下實(shí)現全雙工，因為如果你在相同頻率下同時(shí)發(fā)射和接收，接收器將會(huì )因為發(fā)射器的干擾而失效——發(fā)射器的干擾信號可能比所需接收的信號更強大10億倍。但我們已經(jīng)設計出一種針對回音干擾或自相干擾的消除機制，能夠以十億分之一的準確度過(guò)濾發(fā)射器的干擾，使所接收的信號在經(jīng)過(guò)干擾消除后更易于偵測。”

　　根據Krishnaswamy表示，如果沒(méi)有他們的研究團隊開(kāi)發(fā)出這種電路，“全雙工”無(wú)異是在旁邊有人扯開(kāi)嗓門(mén)大聲吼叫的情況下試圖聽(tīng)出有人小聲耳語(yǔ)的內容。Krishnaswamy目前與哥倫比亞大學(xué)博士候選人Jin Zhou共同進(jìn)行這項研究。

　　“但是，如果你能以某種方式消除或阻斷掉旁邊的尖叫聲，要注意的是必須消除要到近乎完美，那么就可以聽(tīng)到這些耳語(yǔ)，”Krishnaswamy說(shuō)：“我們已經(jīng)找到可實(shí)現這一理想的方法了，只要利用一個(gè)微小的 CoSMIC 芯片即可完整傳送這種電磁無(wú)線(xiàn)信號。”

　　傳統的RF通訊（左圖），以及在相同頻率下同時(shí)實(shí)現雙向全雙工（右圖），從而使速度提高一倍。

　　Krishnaswamy所謂的“回音消除”或“自干擾消除”機制—— CoSMIC ——就安裝在接收器的輸入埠，可壓抑響亮的傳輸信號，因而可以可以聽(tīng)見(jiàn)安靜的接收器信號。

　　“該芯片的關(guān)鍵創(chuàng )新在于以十億分之一的精確度消除發(fā)射器的自干擾，它必須近乎精確地復制發(fā)射器自干擾。這極其難以實(shí)現，特別是因為發(fā)射器在反射附近的物體時(shí)，其自干擾或回音都會(huì )扭曲并發(fā)生變化。”

　　原則上，所有的RF通訊最適合于這種技術(shù)，Krishnaswamy指出，他的研究團隊已設計出一種能以單芯片實(shí)現這一目標的電路了。研究人員們將開(kāi)始試著(zhù)加倍無(wú)線(xiàn)信號的速度——特別是智能手機與平板機用的Wi-Fi與蜂窩式通訊。

　　“無(wú)線(xiàn)通信正面臨著(zhù)應對5G進(jìn)展提升1，000X倍數據容量的需求，這將帶來(lái)重大的挑戰，而全雙工作業(yè)則將在實(shí)現這一目標時(shí)發(fā)揮十分重要的作用，”Krishnaswamy說(shuō)。

　　除了RF ，這項技術(shù)也可用于使光通信信道的容量提高一倍。“我們一直在思考光學(xué)，但在不久的將來(lái)，我們可望更有效地掌握無(wú)線(xiàn)技術(shù)，”Krishnaswamy補充。

　　據Krishnaswamy與Zhou表示，他們開(kāi)發(fā)的CMOS芯片必須以納米級制造，才能實(shí)現十億分之一的消除率。為了實(shí)現可進(jìn)行商用化的芯片封裝，研究團隊正致力于與電子工程系統教授Gil Zussman的團隊合作。此外，DARPA也贊助了這項研究。