哥伦比亚大学开发出全双工集成电路，有望将网络频谱资源扩展一倍

哥伦比亚大学开发出全双工集成电路，有望将无线通信数据量提升一倍
2015-03-26
国外国防科技文献资料快报
    [据哥伦比亚大学网站2015年3月16日报道]  哥伦比亚大学工程学院的研究团队开发出全双工无线集成电路，该集成电路由纳米互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造，可在无线电通信中以相同频率实现信息的同时收发。在此项技术进展之前，同时、同频率信息收发被认为是不可能实现的，信息的收发或者是同时不同频率或者是同频率但不同时。由电子工程副教授Harish Krishnaswamy领导的哥伦比亚研究团队首次证实了集成电路可实现这个目标。研究团队将其研究成果发布在旧金山2月25日召开的国际固态电路会议（ISSCC）上。
    哥伦比亚高速和毫米波集成电路（CoSMIC）实验室主任Krishnaswamy说：“这是改变游戏规则的突破。通过使用我们的新技术，网络频谱资源扩展一倍，满足智能手机、笔记本这样设备的使用需求。”
    在大数据时代，现阶段的频谱危机是研究人员面临的最大挑战之一，而且很明显当前的无线网络不足以支撑未来的海量数据。现在在用的标准如4G/LTE已支持40种不同的频段，射频段已没有进一步扩展的空间。而下一代5G通信网络所面临的巨大挑战是将数据容量提升1000倍。
    因此，接收和发射可复用同一频段的能力具备立刻将当前网络数据容量提升一倍的潜力。Krishnaswamy指出，其他研究团队和初创公司已在理论上证实了在相同频率同时实现收发的可能性，但都未制造出具备这种能力的纳米级集成电路。Krishnaswamy说：“我们的工作首次证实了集成电路可同时进行接收和发射。在一片集成电路上实现这个能力非常关键，它将带来广泛影响，使蜂窝电话等手持设备，WiFi笔记本、WiFi电话和基站等移动设备具备全双工通信能力。”
    该团队在实现全双工过程中面临的最大挑战是消除发射机的回声。想象一下，你正视图聆听远处一个人的小声呢喃，而同时一个站在你旁边的人正大声叫喊。如果你能消除近处叫喊人的回声，你就能听清远处那一人的窃窃私语。Krishnaswamy的博士生、该论文的第一作者周金（音）说：“如果每个人都能做到这一点，每个人都可同时说话和倾听，这样交流所用时间和资源的总量是我们现在所用的一半。消除发射机的回声或‘自干扰’是根本性的挑战，特别是在微小的纳米级集成电路上实现，但我们找到了解决这项挑战的方法。”
    Krishnaswamy和周金下一步计划对大量的双工节点进行测试，以了解在网路中的增益情况。Krishnaswamy 补充道，“我们同哥伦比亚工程学院网络理论的专家、电子工程副教授Gil Zussman和他的博士生Jelena Marasevic展开了密切合作。如果我们能够真正达到预期性能增益将会令人非常激动。”
    该研究由DARPA的RF-FPGA项目提供资金支持。（工业和信息化部电子科学技术情报研究所  张倩）