兩個比一個好嗎？多波束信號以5G可靠性和吞吐量為目標

在射頻鏈路中，多徑信號通常被認為是一種不受歡迎的噪聲源。加州大學圣地亞哥分校的研究人員顛覆了傳統的思維方式，利用了兩束優于一束的優勢。

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，這通常是一種權衡。解決這個問題的一個可行的解決方案是研究多路徑信號。

多徑信號會在接收機處產生破壞性的求和，從而降低信號功率和噪聲之間的關系。然而，有一種新的方法來減輕多徑干擾；使用它。

利用多路徑作為功能這是一個新穎的想法，加州大學圣地亞哥分校的研究人員寫了一篇關于如何鈥兩個梁總比一個好“本研究利用現代相控陣天線的波束形成能力，將射頻功率分成多個波束，以優化無線信道算法。

用于多波束毫米波測試的室外DUT裝置。圖片使用由加州大學圣地亞哥分校

鏈路建立、吞吐量、覆蓋率和可靠性是射頻通信的四個關鍵方面。加州大學圣地亞哥分校的研究人員正在對前三個領域進行現有的研究；然而，他們的重點是在保持高吞吐量的同時提高可靠性。

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

由于距離和大氣效應，所有無線電系統都會受到衰減的影響。從****機到接收機的信號在不同的頻率下衰減。保守地說，5G毫米波（~28ghz）頻段的損耗可以超過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的一種常見天線類型，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。每個信號鏈的電長度也會受到溫差的負面影響。

高方向性天線方向圖是實現毫米波技術合理鏈路預算的必要條件；然而，由于鏈路容易出現光束錯位和阻塞，可靠性受到影響。

多波束系統充分利用了多徑效應。

如前所述，希望緩解這兩個問題是加州大學圣地亞哥分校團隊進行的研究的重點。

加州大學圣地亞哥分校研究人員使用的研究測試平臺在28千兆赫的頻率下運行，400兆赫的帶寬通過64單元相控陣傳輸。

該系統基于消費者現成（COTS）子系統，兼容5G NR，據說與單波束系統相比，產品的“吞吐量可靠性”提高了2.3倍。

多波束改善信噪比。

開發一個多波束系統需要兩個主要的硬件功能，相位控制和功率控制，除了新的算法開發。為此，這些研究人員開發了一套算法集，完成了兩個主要任務：波束訓練和波束維護。

加州大學圣地亞哥分校研究人員的“mmReliable”的組成部分。

波束訓練過程用于確定最大信噪比和吞吐量的最佳路徑，無論是通過反射光束還是通過視線。

然后，利用相位和功率控制[視頻]在相控陣上，多波束技術可以將更多的能量引導到最小的阻礙角，并建設性地增加相位。據說，這種工藝比傳統的單梁系統提高了2.3倍。

這個解決方案的局限性和好處到底是什么？

總之，校正用戶移動性天線失調和緩解阻塞路徑是該技術的主要目標。研究數據顯示，與標準mmWave 5G單波束技術相關的可靠性有了實質性的提高，同時總體吞吐量也有所提高。

多波束毫米波的四個評估。

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探測開銷四個方面進行了分析。在每一個類別中，研究都表明了對單光束技術的全面改進。

盡管前景看好，但研究人員承認還有幾個關鍵的局限性需要進一步研究。

首先，低損耗反射表面的存在是這項技術發揮作用的必要特征。

此外，在操作的波束維護階段可能出現的跟蹤錯誤可能需要額外的波束訓練課程，因此存在性能開銷。

最后，當前系統為一個用戶使用一個射頻鏈路。研究人員目前正在研究實現多用戶場景的方法。

自電子控制天線技術出現以來，算法開發是自然的下一步。隨著環境條件的變化，動態跟蹤信噪比（SNR）和優化射頻鏈路將成為mmWave技術商業化的必要條件。

加州大學圣地亞哥分校開發的多波束技術為使用多徑效應作為有益設計標準的可行性提供了堅實的論據。