High-Efficiency Low-Cost Power Amplifiers for Millimetre-Wave Massive MIMO Systems (HELOPA)

用于毫米波大规模 MIMO 系统 (HELOPA) 的高效低成本功率放大器

基本信息

  • 批准号:
    1941347
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2017 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Dramatic improvements in capacity (as much as 1000x the current level) and spectral efficiency needed for future wireless communication systems to accommodate the rapidly increasing number of wireless electronic gadgets and users who require access to ubiquitous high-speed wireless links can be achieved by adopting millimetre-wave (mmW) massive multiple-input multiple-output (MIMO) technologies. The realization of mmW massive MIMO requires a radical change in base station architecture wherein hundreds of power amplifiers are required to feed a large array of small antennas. The development of mmW massive MIMO transceivers has been to date hampered by the power amplifiers poor efficiency and high implementation cost. Nonlinear switch-mode power amplifiers (SMPAs) such as Class E and F offer high efficiency but require fast (power-hungry, expensive) transistors to allow the generation of higher order harmonics. Moreover, abrupt drop during ON-to-OFF or OFF-to-ON transition in the idealised switch current or voltage waveform of existing SMPA topologies results in substantial power dissipation in the practical implementation hence reduces the PA efficiency. The proposed research ambitiously aims to produce a new type of highly-efficient highly-linear power amplifier that offers true soft-switching characteristics to permit the use of low-cost slow-switching transistors for effective deployment in mmW massive MIMO systems. This will be achieved through holistic design approach to tackle multiple-level impediments encompassing different aspects of current technologies, by applying ZVS-ZVDS and ZCS-ZCDS conditions simultaneously to alleviate the abrupt drop in the switch current/voltage waveform, using nonlinear negative feedback to mitigate charge accumulation at the gate, and adopting geometric programming to optimise device layout and interconnect in order to minimise degradation in maximum oscillation frequency (fMAX).Successes in this project will therefore bridge the gap between theory and implementation of mmW massive MIMO systems by realistically considering blended hardware-financial constraints, and will lay new scientific foundations that advance the state-of-the-art methods for designing low-cost high-efficiency mmW PAs. Specifically, the knowledge derived from this research will contribute to the hardware development of 5G infrastructures that will underpin the way we communicate, work and live. Importantly, the proposed concepts will be robustly validated through IC prototype implemented using CMOS technology, and high-precision measurements.This project is supported by the UK Engineering & Physical Sciences Research Council (EPSRC), and will be carried out in close collaboration with one of the world largest semiconductor companies with core expertise in integrated circuit design.
通过采用毫米波(mmW)大规模多输入多输出(MIMO)技术,可以实现未来无线通信系统所需的容量(多达当前水平的1000倍)和频谱效率的显着改进,以适应数量迅速增加的无线电子设备和需要访问无处不在的高速无线链路的用户。实现毫米波大规模MIMO需要对基站架构进行根本性的改变,其中需要数百个功率放大器来馈送大型小型天线阵列。迄今为止,毫米波大规模MIMO收发器的发展一直受到功率放大器效率低和实现成本高的制约。非线性开关模式功率放大器(smpa),如E类和F类提供高效率,但需要快速(耗电,昂贵)的晶体管来产生高次谐波。此外,在现有SMPA拓扑的理想开关电流或电压波形中,在ON-to-OFF或OFF-to-ON转换期间的突然下降导致实际实施中的大量功耗,从而降低了PA效率。提出的研究雄心勃勃的目标是生产一种新型的高效高线性功率放大器,提供真正的软开关特性,允许使用低成本的慢开关晶体管,有效地部署在毫米波大规模MIMO系统中。这将通过整体设计方法来解决包含当前技术不同方面的多层障碍,通过同时应用ZVS-ZVDS和ZCS-ZCDS条件来减轻开关电流/电压波形的突然下降,使用非线性负反馈来减轻栅极处的电荷积累,采用几何规划优化器件布局和互连,以最小化最大振荡频率(fMAX)的退化。因此,该项目的成功将通过现实地考虑混合硬件财务限制,弥合毫米波大规模MIMO系统理论与实现之间的差距,并将为推进设计低成本高效率毫米波放大器的最先进方法奠定新的科学基础。具体来说,从这项研究中获得的知识将有助于5G基础设施的硬件开发,这将支撑我们的通信、工作和生活方式。重要的是,所提出的概念将通过使用CMOS技术实现的IC原型和高精度测量进行稳健验证。该项目由英国工程与物理科学研究委员会(EPSRC)支持,并将与世界上最大的半导体公司之一密切合作,在集成电路设计方面拥有核心专业知识。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Harmonic Termination Effects on the Performance of 39-GHz Stacked CMOS Power Amplifiers
谐波终止对 39GHz 堆叠式 CMOS 功率放大器性能的影响
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Love, M
  • 通讯作者:
    Love, M
A 5.6-GHz Class-DE Power Amplifier with Reduced Voltage Stress in 22-nm FDSOI CMOS
采用 22 nm FDSOI CMOS 的 5.6GHz DE 类功率放大器,可降低电压应力
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Love, M
  • 通讯作者:
    Love, M
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  • DOI:
    10.1109/icecs.2018.8617902
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Love M
  • 通讯作者:
    Love M
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