用于无线通信的Ka波段CMOS全双工共享天线收发系统片上集成技术研究

The development of wireless transmission presents a growing demand for limited wireless spectrum, driving the quest for more spectrum-efficient systems. The full-duplex mode theoretically transmits and receives simultaneously on the same frequency, doubling the spectral efficiency in densely occupied wireless spectrum. At the same time, silicon-based CMOS technology has developed rapidly and has become an important technology for integrating systems on millimeter-wave plates. However, full-duplex system has many problems to be solved, such as serious self-interference, which makes full-duplex system-on-chip integration still at early stage. Therefore, this research topic is of great value not only from academic perspective but also in practical applications. This project aims at the design and implementation of a highly integrated, low cost, silicon-based Ka-band full-duplex, shared-antenna, transceiver system in 90nm standard CMOS process. The project will explore the millimeter-wave full-duplex transceiver system, focus on the research and design of the transceiver front-end, self-interference cancellation, and circulator used in the shared antenna interface. The project will combine the advanced CMOS technology and full-duplex technology on chip design, solve the relevant technical problems in millimeter wave system development, and promote the development of high-performance MMW integrated circuits design methodology.

无线传输的发展对有限的无线频谱提出不断增长的需求，推动着对频谱效率更高系统的追求。全双工模式理论上可以在同一频率同时进行发送和接收，在密集占用的无线频谱中成倍提高频谱效率。同时，硅基CMOS工艺迅速发展，成为实现毫米波片上集成系统的重要技术。但是全双工模式存在自干扰严重等许多拟解决的问题，使得全双工片上系统还处于探索阶段。因此对于其相关技术的研究具有极高的学术意义和实际应用价值。本项目旨在探索高集成度低成本硅基Ka波段全双工共享天线收发系统的设计与实现方法，采用90nm标准CMOS工艺加以实现。项目对毫米波全双工收发系统进行深入探索，对射频收发前端、自干扰消除、应用于共享天线接口的环形器进行重点研究和设计。本项目将先进的CMOS工艺与全双工技术有机结合，应用于芯片设计中，突破相关技术难题，为我国全双工系统的发展提供支撑，并促进高性能毫米波电路设计方法学的发展和应用。

无线传输的发展对有限的无线频谱提出不断增长的需求，推动对频谱效率更高系统的追求。全双工模式理论上可以在同一频率同时进行发送和接收，在密集占用的无线频谱中成倍提高频谱效率。同时，硅基CMOS工艺迅速发展，成为毫米波片上集成系统的重要技术。但是全双工模式存在许多拟解决的问题，使得全双工片上系统还处于探索阶段。因此，对于其相关技术的研究具有极高的学术意义和实际应用价值。.本项目旨在探索高集成度低成本硅基毫米波全双工共享天线收发系统的设计与实现方法，采用标准CMOS工艺加以实现。项目对毫米波全双工收发系统进行深入探索，对射频收发前端、应用于共享天线接口的环形器等进行重点研究和设计。本项目将先进的CMOS工艺与全双工技术有机结合，应用于芯片设计中，突破相关技术难题，为我国全双工系统的发展提供支撑，并促进高性能毫米波电路设计方法学的发展和应用。.本项目基于标准CMOS工艺设计并实现了片上环形器、频率综合器、射频收发前端等，取得了多个包括芯片样片的实物成果；发表了多篇高水平学术论文，其中包括SCI检索论文6篇、EI检索论文3篇，申请国家发明专利4项；培养了多名集成电路设计领域的博士研究生和硕士研究生，出站博士后1名。