Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Comunicaciones en alta frecuencia: Tecnología a 60 Ghz mmW.

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1 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Comunicaciones en alta frecuencia: Tecnología a 60 Ghz mmW

2 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 ¿Por qué usar tecnología a 60 GHz? En este espectro de frecuencias los operadores no tienen que comprar licencias antes de operar con ellas. Su uso se esta extendiendo en las comunicaciones wireless gracias a sus únicas caracteristicas frente a interferentes y alta seguridad.

3 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 La molécula de oxigeno absorve energía electromagnética a 60 Ghz.

4 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Gracias a este poder de absorción de la radiación, se permite reuso de frecuéncias, con lo que se pueden tener más enlaces dentro de la misma área geográfica. Además es una banda muy segura ya que a 2,5 Km la señal se reduce por debajo del “noise level”.

5 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Otro aspecto favorable es que las antenas trabajando a 60 Ghz son muy directivas, además de ser de un tamaño mucho menor.

6 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Comparativa antenas micro-wave contra mmW

7 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Aplicaciones de la tecnología mmW Comunicaciones con alta tasa de datos (57-66 Ghz) Wireless HDMI video streaming Short Range Ultra fast file transfer Comunicaciones con baja tasa de datos (94- 100GHz) · Aplicaciones en redes de sensores Comunicaciones ópticas Comunicaciones wireless chip-to-chip

8 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Aplicaciones en automobiles  Long range radar (76-77GHz bands)  Short range radar (77-81GHz bands)‏ Enlaces tierra-vehículo y vehículo-vehículo (comunicaciones HDR)

9 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Ejemplo de uso de la tecnología mmW en vehiculos

10 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Para una velocidad segura: - Nuevas tecnologias que ayudan a la detección, localización y evaluación de daños. - Nuevos sensores de detección de obstaculos. Apoyo lateral y monitorización al conductor: - Ayuda en condiciones adversas de clima o mal estado de la carretera.

11 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Para seguridad en las intersecciones: - Sistemas de reconocimiento de señales y marcas viales. Mitigación de colisiones y usuarios de la calzada vulnerables: - Se conseguiria localización y clasificación de los obstaculos. - Prevención de angulos muertos de visión.

12 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Propuestas para el nivel PHY de 60 Ghz El grupo de trabajo del IEEE 802.15.3c, TG3c, fue formado en Marzo de 2005. Este grupo está desarrollando una alternativa para la PHY del estándar 802.15.3 basada en ondas milimétricas. En la actualidad este grupo ya ha elaborado un borrador que ha sido revisado y modificado. Por lo que aún habrá que esperar para poder tener un estándar de estas WPAN.

13 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Esta WPAN trabajará en la banda libre de licencias que va desde los 57 a los 64 Ghz y permitirá una alta coexistencia con las otras WPANs de la familia 802.15 y con las WLANs de la familia 802.11. Hasta el momento dos grandes grupos han desarrollado las propuestas para tirar adelante este estándar. Estos grupos están formados por empresas privadas, centros de investigación y universidades.

14 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 – UM1: 'videostreaming' simple sin comprimir. Caudal mayor a 3 Gb/s a 10 m en NLOS y CER ≤ 10-9. – UM2: 'videostreaming' múltiple sin comprimir. Dos modos: uno a 1,5 Gbps y el otro a 0,5 Gbps. Ambos a 10 m y con CER ≤ 10-9. – UM3: transferencia de datos tipo 'office desktop'. Tres modos: síncrono a 1.5 Gbps, y asíncrono a 0,25 y 0,5 Gbps. Todos a 10 m y con CER ≤ 10-9. – UM4: transferencia de datos tipo 'conference adhoc'. – UM5: descarga de archivos a través de un quiosco.

15 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 La propuesta se compone de tres partes: Modo 'Common rate' (CR), se introduce para realizar DAA (detection and avoidance) y así proteger de interferencias a las transmisiones de video. Portadora única (SC) intenta cubrir varias aplicaciones que van de una tasa de bit baja a alta pero en situaciones de potencia limitada y en entornos de LOS cercana. Los sistemas OFDM pretenden cubrir aplicaciones con tasa de bit alta sobre ancho de banda limitado y en entornos de NLOS.

16 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Dentro del modo OFDM existen dos modos bien diferenciados: – PHY de tasa alta (HRP): hasta 4 Gbps en un enlace direccional. – PHY de tasa baja (LRP): hasta 10 Mbps en modo omnidireccional y hasta 40 Mbps en modo direccional. Estos modos definen una PHY que soporta las siguientes características: – 'Streaming' de audio y video sin comprimir a una resolución 1080p (HD), color a 24 bits y refresco de 60 Hz. – Transferencia de datos y video en HD en un rango de al menos 10 m. – Tecnología de antenas inteligentes para permitir trabajar en NLOS

17 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Otros grupos en la standarización de la banda de 60 Ghz

18 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Diseño y modelado de transistores CMOS en circuitos mmW A frecuencias de mmW los elementos parásitos inductivos y resistivos de los transistores se convierten en mas significativos. En consecuencia es más critico modelar correctamente en los transistores estos nuevos parásitos, además de los elementos capacitivos parásitos que ya se tenían en cuenta. El siguente modelo mostrado es valido hasta frecuencias de 65 Ghz.

19 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Modelo de transistor en pequeña señal para NMOS

20 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Líneas de transmisión en circuitos mmW Son una estructura importante cuando hablamos de circuitos de mmW. En estas frecuencias, los elementos reactivos necesitan de redes de adaptación y de valores alrededor de los 20-50 pH, valores que fácilmente podemos obtener con las líneas de transmisión (T-lines). Además el cableado de interconexión se puede modelar directamente usandolas.

21 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 En contra, el factor que más determina las pérdidas de la línea es QL (factor de calidad inductivo). Es por ello que se utilizan líneas coplanares en vez de microstrip, ya que mejoran este factor al tener el plano de tierra mas alejado de la linea de señal.

22 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09

23 Ejemplos de circuitos: Receptor a 60 Ghz CMOS receptor front-end (LNA+mixer ), tecnología 130 nm

24 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09 Aquí se muestra el mezclador convencional con el que se propone para el circuito diseñado

25 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09

26 Amplificador a 60 Ghz de 3 etapas con líneas coplanares

27 Santiago Pacheco – RFCS Final Work, June’09