CMOS Integrated Wideband, Flexible and Scalable Beamforming Architecture

Tässä väitöskirjassa esitetään konsepteja ja erimerkkiratkaisuja joustavien ja uudelleenkonfiguroitavien keilanmuodostusjärjestelmien toteutukseen käyttämällä useita aliryhmiä ja lähetinvastaanottimia. Ensimmäinen arkkitehtuuri käyttää kaksiasteista keilanmuodostus-prosessia ja pystyy tuottamaan näin useita yhtäaikaisia keiloja, joiden välinen interferenssi voidaan minimoida toisessa asteessa joko välitaajuudella (IF) tai kantataajuudella, tai summata useita keiloja signaalikohinasuhteen parantamiseksi. Esitetty ratkaisu käyttää mmWave alueella toimivia aliryhmiä, sekä integroituja IF vastaanottimia, joiden avulla keiloja voidaan painottaa. Erityisesti työssä esitetään ratkaisu, jossa IBI:ä voidaan pienentää alikanava kerrallaan laajan yhteiskaistanleveyden saavuttamiseksi. Konseptia demonstroidaan laboratoriomittauksin ilmarajapinnan (OTA) yli käyttämällä 5G NR aaltomuotoja. OTA mittauksissa saavutetaan 34–37 dB yhteisisolaatio keilojen välille 50–100 MHz kaistanleveydellä, samalla säilyttäen hyvän virhevektorin arvon. Myös monen erillisen kantoaallon aggregoivassa skenaariossa saadaan erinomaiset tulokset. Työssä esitetään myös kalibrointimenetelmä keilojen välisen interferenssin nollaavien painokertoimien löytämiseen ilman signaalin demodulointia. Toteutettu IF vastaanotinpiiri mahdollistaa myös suodatuksen ennen analogiadigitaali muunninta, hyvän lineaarisuuden sekä pienen kohinaluvun.

Työn toinen osio tarkastelee modulaarista aliryhmien yhdistämisarkkitehtuuria, jossa eri RFIC piirien signaalit summataan käyttäen ruudukkopohjaista yhdistämisarkkitehtuuria. Ratkaisu perustuu piirien väliseen (C2C) rajapintaan, jossa signaalia voidaan reitittää eri RFIC piirien läpi piirilevyllä (PCB) joustavasti ja näin toteuttaa suuria antennipaneeleita. Aliryhmiin toteutettu RFIC sisältää neljä C2C rajapintaa, jotka toimivat 27 GHz taajuusalueella, kaksi 9 GHz välitaajuudella toimivaa C2C rajapintaa, sekä kantataajuisen 400 MHz leveän IQ-osan. Arkkitehtuuri sisältää taajuuskonversiomoduulit pystyruoriin reitityksiin sekä signaalien summaukseen ja mahdollistaa erilaiset toimintamoodit signaalien yhdistämiseen, keilanmuodostukseen, sekä monen keilan yhtäaikaiseen tuottamiseen käyttämällä niin sanottua IF reititysmatriisia. Työssä demonstroidaan osaa näistä moodeista yhdistämällä kaksi RFIC aliryhmää PCB toteutuksella. Mittaukset tehdään sekä kapeakaistaisella siniaallolla, sekä laajakaistaisella 5G NR aaltomuodolla. Tulosten perustella voidaan todeta, että käytetty taajuuskonversiomoduuli tukee signaalien yhdistelyä ruudukkomaisessa reititysrakenteessa.