Utilizing mmWave massive MIMO frontends for base station to mobile communication promises unprecedented throughput gains in cellular networks. Power efficiency is a significant bottleneck in scaling to the large array sizes required for closing the link at high frequencies, particularly in the battery-powered handset. Conventional phased array architectures at 100+ GHz require close to 100 mW of power per receive antenna, making them ill-suited for scaling to massive arrays. In this paper, we propose drastically simplified receiver frontend designs that are predicted to slash this per-channel wattage by an order of magnitude or more at 140 GHz. These power savings come at the cost of imperfect beamforming and under-utilization of the array elements and die area. We quantify these tradeoffs for our baseline on-off architecture, as well as 1-bit and 2-bit phase switched arrays. In the lowest resolution setting, on-off beamforming, we show that beamforming efficiency of 70% is achieved with 40% utilization of the aperture. This tradeoff improves significantly with the adoption of even the most coarse (1 or 2 bit) phase control, motivating us to pursue power-optimized designs for low-precision mmWave phase shifters.

将毫米波大规模 MIMO 前端用于基站到移动通信，有望在蜂窝网络中获得前所未有的吞吐量增益。功率效率是扩大到关闭高频链路所需的大阵列尺寸的一个重要瓶颈，特别是在电池供电的手机中。100+ GHz 的传统相控阵架构每个接收天线需要接近 100 mW 的功率，因此不适合扩展到大规模阵列。在本文中，我们提出了大幅简化的接收器前端设计，预计在 140 GHz 时，每个通道的功率会降低一个数量级或更多。这些功率节省是以不完美的波束成形以及阵列元件和裸片区域的利用不足为代价的。我们为我们的基线开关架构量化这些权衡，以及 1 位和 2 位相位切换阵列。在最低分辨率设置中，开-关波束成形，我们展示了 70% 的波束成形效率是在 40% 的孔径利用率下实现的。通过采用最粗略的（1 或 2 位）相位控制，这种权衡得到了显着改善，促使我们为低精度毫米波移相器寻求功率优化设计。

将毫米波大规模 MIMO 前端用于基站到移动通信，有望在蜂窝网络中获得前所未有的吞吐量增益。功率效率是扩大到关闭高频链路所需的大阵列尺寸的一个重要瓶颈，特别是在电池供电的手机中。100+ GHz 的传统相控阵架构每个接收天线需要接近 100 mW 的功率，因此不适合扩展到大规模阵列。在本文中，我们提出了大幅简化的接收器前端设计，预计在 140 GHz 时，每个通道的功率会降低一个数量级或更多。这些功率节省是以不完美的波束成形以及阵列元件和裸片区域的利用不足为代价的。我们为我们的基线开关架构量化这些权衡，以及 1 位和 2 位相位切换阵列。在最低分辨率设置中，开-关波束成形，我们展示了 70% 的波束成形效率是在 40% 的孔径利用率下实现的。通过采用最粗略的（1 或 2 位）相位控制，这种权衡得到了显着改善，促使我们为低精度毫米波移相器寻求功率优化设计。

将毫米波大规模 MIMO 前端用于基站到移动通信，有望在蜂窝网络中获得前所未有的吞吐量增益。功率效率是扩大到关闭高频链路所需的大阵列尺寸的一个重要瓶颈，特别是在电池供电的手机中。100+ GHz 的传统相控阵架构每个接收天线需要接近 100 mW 的功率，因此不适合扩展到大规模阵列。在本文中，我们提出了大幅简化的接收器前端设计，预计在 140 GHz 时，每个通道的功率会降低一个数量级或更多。这些功率节省是以不完美的波束成形以及阵列元件和裸片区域的利用不足为代价的。我们为我们的基线开关架构量化这些权衡，以及 1 位和 2 位相位切换阵列。在最低分辨率设置中，开-关波束成形，我们展示了 70% 的波束成形效率是在 40% 的孔径利用率下实现的。通过采用最粗略的（1 或 2 位）相位控制，这种权衡得到了显着改善，促使我们为低精度毫米波移相器寻求功率优化设计。