兩個(gè)比一個(gè)好嗎？多波束信號(hào)以5G可靠性和吞吐量為目標(biāo)

在射頻鏈路中，多徑信號(hào)通常被認(rèn)為是一種不受歡迎的噪聲源。加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員顛覆了傳統(tǒng)的思維方式，利用了兩束優(yōu)于一束的優(yōu)勢(shì)。

正如您可能知道的，5G一直在努力在快速下載速度和覆蓋率之間建立平衡，這通常是一種權(quán)衡。解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)可行的解決方案是研究多路徑信號(hào)。

多徑信號(hào)會(huì)在接收機(jī)處產(chǎn)生破壞性的求和，從而降低信號(hào)功率和噪聲之間的關(guān)系。然而，有一種新的方法來(lái)減輕多徑干擾；使用它。

利用多路徑作為功能這是一個(gè)新穎的想法，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員寫(xiě)了一篇關(guān)于如何鈥兩個(gè)梁總比一個(gè)好“本研究利用現(xiàn)代相控陣天線的波束形成能力，將射頻功率分成多個(gè)波束，以優(yōu)化無(wú)線信道算法。

用于多波束毫米波測(cè)試的室外DUT裝置。圖片使用由加州大學(xué)圣地亞哥分校

鏈路建立、吞吐量、覆蓋率和可靠性是射頻通信的四個(gè)關(guān)鍵方面。加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員正在對(duì)前三個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行現(xiàn)有的研究；然而，他們的重點(diǎn)是在保持高吞吐量的同時(shí)提高可靠性。

在本文中，讓我們深入研究這些研究人員試圖解決的挑戰(zhàn)，他們的解決方案是什么，最后，這個(gè)解決方案的好處和局限性是什么。

由于距離和大氣效應(yīng)，所有無(wú)線電系統(tǒng)都會(huì)受到衰減的影響。從****機(jī)到接收機(jī)的信號(hào)在不同的頻率下衰減。保守地說(shuō)，5G毫米波（~28ghz）頻段的損耗可以超過(guò)120db/km。

頻率（GHz）和大氣氣體的線性衰減，單位為dB/km。屏幕截圖由紅色和黑色

相控陣是毫米波技術(shù)的一種常見(jiàn)天線類型，它還必須解決諸如相位相干性 .

射頻相位控制信號(hào)必須具有匹配良好的頻率合成，這通常意味著使用相同的本振。每個(gè)信號(hào)鏈的電長(zhǎng)度也會(huì)受到溫差的負(fù)面影響。

高方向性天線方向圖是實(shí)現(xiàn)毫米波技術(shù)合理鏈路預(yù)算的必要條件；然而，由于鏈路容易出現(xiàn)光束錯(cuò)位和阻塞，可靠性受到影響。

多波束系統(tǒng)充分利用了多徑效應(yīng)。

如前所述，希望緩解這兩個(gè)問(wèn)題是加州大學(xué)圣地亞哥分校團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的研究的重點(diǎn)。

加州大學(xué)圣地亞哥分校研究人員使用的研究測(cè)試平臺(tái)在28千兆赫的頻率下運(yùn)行，400兆赫的帶寬通過(guò)64單元相控陣傳輸。

該系統(tǒng)基于消費(fèi)者現(xiàn)成（COTS）子系統(tǒng)，兼容5G NR，據(jù)說(shuō)與單波束系統(tǒng)相比，產(chǎn)品的“吞吐量可靠性”提高了2.3倍。

多波束改善信噪比。

開(kāi)發(fā)一個(gè)多波束系統(tǒng)需要兩個(gè)主要的硬件功能，相位控制和功率控制，除了新的算法開(kāi)發(fā)。為此，這些研究人員開(kāi)發(fā)了一套算法集，完成了兩個(gè)主要任務(wù)：波束訓(xùn)練和波束維護(hù)。

加州大學(xué)圣地亞哥分校研究人員的“mmReliable”的組成部分。

波束訓(xùn)練過(guò)程用于確定最大信噪比和吞吐量的最佳路徑，無(wú)論是通過(guò)反射光束還是通過(guò)視線。

然后，利用相位和功率控制[視頻]在相控陣上，多波束技術(shù)可以將更多的能量引導(dǎo)到最小的阻礙角，并建設(shè)性地增加相位。據(jù)說(shuō)，這種工藝比傳統(tǒng)的單梁系統(tǒng)提高了2.3倍。

這個(gè)解決方案的局限性和好處到底是什么？

總之，校正用戶移動(dòng)性天線失調(diào)和緩解阻塞路徑是該技術(shù)的主要目標(biāo)。研究數(shù)據(jù)顯示，與標(biāo)準(zhǔn)mmWave 5G單波束技術(shù)相關(guān)的可靠性有了實(shí)質(zhì)性的提高，同時(shí)總體吞吐量也有所提高。

多波束毫米波的四個(gè)評(píng)估。

在效益方面，從最大吞吐量、可靠性、吞吐量可靠性乘積和波束維護(hù)探測(cè)開(kāi)銷四個(gè)方面進(jìn)行了分析。在每一個(gè)類別中，研究都表明了對(duì)單光束技術(shù)的全面改進(jìn)。

盡管前景看好，但研究人員承認(rèn)還有幾個(gè)關(guān)鍵的局限性需要進(jìn)一步研究。

首先，低損耗反射表面的存在是這項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮作用的必要特征。

此外，在操作的波束維護(hù)階段可能出現(xiàn)的跟蹤錯(cuò)誤可能需要額外的波束訓(xùn)練課程，因此存在性能開(kāi)銷。

最后，當(dāng)前系統(tǒng)為一個(gè)用戶使用一個(gè)射頻鏈路。研究人員目前正在研究實(shí)現(xiàn)多用戶場(chǎng)景的方法。

自電子控制天線技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，算法開(kāi)發(fā)是自然的下一步。隨著環(huán)境條件的變化，動(dòng)態(tài)跟蹤信噪比（SNR）和優(yōu)化射頻鏈路將成為mmWave技術(shù)商業(yè)化的必要條件。

加州大學(xué)圣地亞哥分校開(kāi)發(fā)的多波束技術(shù)為使用多徑效應(yīng)作為有益設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的可行性提供了堅(jiān)實(shí)的論據(jù)。