Backhaul Les possibilités du 60GHz
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Ioan BurciuIoan BURCIU
11/04/2012
Backhaul
Les possibilités du 60GHz
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2
Receiver
Projet WIATIC (Electra2010) Liaisons point à point
Haut Débit
Courte portée
Fréquence Porteuse 60GHz
Architecture: Dimensionnement & Evaluation Performances
Conception Electronique : IBM SiGe BiCMOS 130n
Choix et Approches
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AgendaTransmissions
Radiofréquence @ 60 GHz
Implémentations: Architectures & Performances
60 GHz vs 40 GHz
Perspectives
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460GHz | Radiocommunications @ 60GHz
20 40 60 80 100
16
12
8
4
1 10 100
1000
1
10
100
Fréquence (GHz)
Atté
nuat
ion
(dBm
/km
)
Fréquence (GHz)
Atté
nuat
ion
(dBm
/km
)
Pic d'absorption de l'oxygène
Absorption due à la pluie
60 GHz
7 GHz de bande passante
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560GHz | Conception Electronique « DELICATE »
Fuites vers le soustrat
Capacités parasites
Lignes de connexion
NF P1dB Bruit de Phase
Composants
CAO
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660GHz | Radiocommunications @ 60GHz
Capacité = BW * log2( 1 + S/N )
60 GHzAWGNPAU
CPHY
LNA
DC
PHY
S/N = P1dB + GantTX + AttenuationCanal + GantRX – NF – PBruit/BW
Bruit de Phase élevé @ 60GHz
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AgendaTransmissions
Radiofréquence @ 60 GHz
Implémentations: Architectures & Performances
60 GHz vs 40 GHz
Perspectives
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8Implémentations | Première Approche
[CMOS] T. Mitomo et al, ”A 60-GHz CMOS Receiver Front-End With Frequency Synthesizer”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 43, NO. 4, APRIL 2008.
Figure de Bruit
9,39
Bruit de Phase
-90 dBi/Hz @ 1MHz
LNA
DC
PHY
Gain élevé
&NF ~ élevé
Pertes de conversion élevées
&NF élevé
VCO @ 60GHzBruit de Phase élevé
Première Approche : Instinctive
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9Implémentations | Axes d’Optimisation
AWGNPAUC
PHY
LNA
DC
PHY
Axes d’OptimisationComposants Hyperfréquence Architecture
Transitions -> Pertes -> NF OL-> DC-> Bruit de Phase VCO
PA -> P1dB Dimensionnement RX -> NF
Antennes -> Gain MIMO -> Diversité Spatiale
Résonateurs -> Bruit de Phase VCO Traitement numérique -> P1dB; Egalisation ...
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10Implémentations | Bruit de Phase: Approche IBM
Figure de Bruit
7,31
Bruit de Phase
-103,45 dBi/Hz @ 1MHz
[IBM] S.K. Reynolds et al, ”A Silicon 60-GHz Receiver and Transmitter Chipset for Broadband Communications” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 41, NO. 12, DECEMBER 2006.
ADC
ADC
LNA
x3
90°
PLL 17,5GHz
/2
+20log10(3)
-98 to -102 dBc/Hz @ 1MHz
-100 to -106 dBc/Hz @ 1MHz
MULTIPLIEUR de FREQUENCE
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11Implémentations | Figure de Bruit: Approche LAAS
Figure de Bruit
5,32
Bruit de Phase
-103,45 dBi/Hz @ 1MHz
LNA
PLL 20GHz
ADC
ADC
90°
PLL 1GHz
CMOSRF
Filter LNA Mixer IFVGA
Gain -0,9 13,7 8,2 21,6Figure de bruit 0,9 7,8 14 3,2
IBMRF
Filter LNA Mixer IFVGA
Gain -0,9 20 9 21,6Figure de bruit 0,9 6,2 13,3 3,2
WiaticRF
Filter LNA Mixer IFVGA
Gain -0,9 15 -4 21,3Figure de bruit 0,9 4,2 4 3,2
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.009.39
7.31
5.32
CMOS
IBM
WiaticNF
Glo
bal (
dB)
MELANGEURS PASSIFS
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12
PHY Tx
PHY Rx
Front-End Tx
Front-End Rx
Calcul BER
Implémentations | Modélisation RX @ 60 GHz
Couche Physique
OFDM-512 Subcar
Mod 64QAM
BW = 1GHz
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13
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
0.002
0.02
0.2
CMOS
IBM
Wiatic
Ideal
SNR@reception antenna
BER
Implémentations | Evaluation BER vs SNR
Tripleur & NF
Mélangeur Passif
Couche Physique
OFDM-512 Subcar
Mod 64QAM
BW = 1GHz
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14Implémentations | Modélisation lien @ 60 GHz
PHY Tx
PHY Rx
Front-End Tx
Front-End Rx
Calcul BER Canal
Couche Physique
OFDM-512 Subcar
Mod 4QAM
BW = 1GHz
AntenneWIATIC: 15dBi
(90°)SOTA: 30dBi (4°)
PA P1dBWIATIC: 15 dBmSOTA: 30 dBm
AntenneWIATIC: 15dBi
(90°)SOTA: 30dBi (4°)
Atténuation CanalPathLoss:68+20log(dista
nce)Pique O2: 16dB/km
Pluie: f(distance, débit)
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15
40 50 60 70 80 90 100
0.00002
0.0002
0.002
0.02
0.2 CMOS
IBM
Wiatic
Distance Tx - Rx (metres)
BER
Implémentations | Evaluation BER vs Distance Tx-Rx
Couche Physique
OFDM-512 Subcar
Mod 4QAM
BW = 1GHz
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AgendaTransmissions
Radiofréquence @ 60 GHz
Implémentations: Architectures & Performances
60 GHz vs 40 GHz
Perspectives
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60GHz vs 40GHz | Chaîne de Transmission 17
AWGNPAUC
PHY
LNA
DC
PHY
S/N = P1dB + GantTX + AttenuationCanal + GantRX – NF – PBruit/BW
PtP 40GHzPtMP
40GHzPtP 60GHz
PtMP 60GHz
Largeur de Bande 3 GHz 7 GHz
Atténuation @ O2 0.5 dB/km 16 dB/km
Débit de la Pluie 25mm/h
TH Antenne Gain/Ouverture 30dBi/4° 16dBi/90° 30dBi/4° 16dBi/90°
NTE Antenne Gain/Ouverture 30dBi/4°
P1dB (dBm) 30dBm
NF 4 dB 8 dB
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60 GHz 40 GHz
60GHz vs 40GHz | Capacité vs Couverture 18
Capacité = BW * log2(1+S/N)
100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
20
40
60
80
100
12060GHz PtP
60GHz PtMP
40GHz PtP
40GHz PtMP
Distance (m)
Capa
cité
Sha
nnon
(G
bits
/sec
)
PtPPtMP
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19
Multiplieurs de Fréquence
60GHz vs 40GHz | Bruit de Phase
Qualité Eléments Résonants @ 60GHz
PLL 20GHz
S
x2 x3
40 GHz 60 GHz
PN@20GHz+6dBi
PN@20GHz+9dBi
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60 GHz 40 GHz
60GHz vs 40GHz | Capacité vs Couverture 20
BRUIT de PHASE
100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
20
40
60
80
100
12060GHz PtP
60GHz PtMP
40GHz PtP
40GHz PtMP
Distance (m)
Capa
cité
Sha
nnon
(G
bits
/sec
)
PtPPtMP
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AgendaTransmissions
Radiofréquence @ 60 GHz
Implémentations: Architectures & Performances
60 GHz vs 40 GHz
Perspectives
![Page 22: Backhaul Les possibilités du 60GHz](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022081517/568162bf550346895dd34ef9/html5/thumbnails/22.jpg)
40GHz & 60GHz | Perspectives d’Evolution 22
Oxygène
Electronique
Pluie
Bande Passant
e7 GHz
Oxygène
Electronique
Pluie
Bande Passant
e7 GHz
Composants
CAO
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Q&A
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VCO à base de MEMS( P. Vincent et J. Verdier)
Parcours personnel
Architecture de récepteurs radiofréquence dédiés au traitement bibande simultané
( C.Barbier et G. Villemaud)
Transmissions radiofréquence 60 GHz( T. Parra et E. Tournier)
VCO 60 GHz( M.Sanduleanu et B.Allard)
2005
2006
2010
2012
2004
Transmissions radiofréquence 40 GHz( F. Magne)