Открытый мм

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13945 (2023) Цитировать эту статью

402 доступа

Подробности о метриках

Адаптивное аналоговое формирование диаграммы направленности — это ключевая технология, обеспечивающая пространственное управление беспроводными сигналами миллиметрового диапазона, излучаемыми фазированными антенными решетками (ФАР), что необходимо для максимизации пропускной способности будущих мобильных сетей и обеспечения эффективного использования дефицитного спектра. С другой стороны, передача по оптоволокну на промежуточной частоте (IFoF) является многообещающей технологией для мобильной связи в миллиметровом (миллиметровом) диапазоне благодаря своей низкой сложности, высокой оптической спектральной эффективности и малой задержке. Сочетание IFOF и PAA является ключом к реализации масштабируемой, централизованной, эффективной и надежной мобильной связи в миллиметровом диапазоне волн. В этой работе впервые, насколько известно авторам, представлена ​​обширная кампания по измерениям на открытом воздухе, в ходе которой оценивается экспериментальная беспроводная установка IFoF миллиметрового диапазона с использованием ФАР с адаптивным формированием диаграммы направленности на сторонах передатчика и приемника. Конфигурация экспериментальной установки соответствует стандартам 5G и передает сигналы по беспроводной сети на центральной частоте 27 ГГц в диапазоне n258. Используемые ФАР состоят из антенных решеток размером 8х8, позволяющих управлять лучом по углам азимута и места. Кроме того, в ходе эксперимента на открытом воздухе были протестированы различные местоположения конечного пользователя, конфигурации антенн и сценарии беспроводной связи, что показало отличные характеристики EVM и достижение передачи 64-QAM на расстояние до 165,5 м со скоростью до 1,88 Гбит/с. Результаты экспериментов позволяют оптимизировать экспериментальную установку для различных сценариев и доказать надежность системы в различных условиях беспроводной связи. Кроме того, результаты этой работы доказывают жизнеспособность и потенциал IFoF в сочетании с PAA в качестве части будущей структуры 5G/6G.

Резкий рост мобильного трафика данных в последние годы требует серьезной модернизации и расширения сетевой инфраструктуры, особенно с появлением новых приложений и услуг, таких как дополненная реальность (AR), виртуальная реальность (VR), потоковое видео 4K/8K. , автономное вождение, Индустрия 4.0 и Интернет вещей (IoT)1. Пятое поколение (5G) мобильных сетей и его преемник 6G призваны обеспечить адекватное качество взаимодействия (QoE) и качество обслуживания (QoS) для таких приложений. Для достижения этой цели стандарты 5G определяют набор требований с точки зрения задержки, количества подключенных устройств, скорости передачи данных, энергоэффективности, мобильности и емкости2. Увеличение скорости передачи данных является одной из основных целей будущих систем 5G/6G. Чтобы это реализовать, необходимо двигаться в сторону более высоких частотных диапазонов. Оптическая беспроводная связь обеспечивает обширную доступную полосу пропускания для использования. Однако оптическая беспроводная связь отличается низкой надежностью, небольшой зоной покрытия и низкой чувствительностью, что делает ее непригодной для мобильных сценариев вне помещений3. Напротив, беспроводная связь миллиметрового диапазона (мм-волны) преодолевает недостатки оптического подхода, позволяя использовать значительные объемы доступного спектра. Одной из наиболее важных проблем беспроводной связи в миллиметровом диапазоне волн является ограничение мощности из-за увеличения потерь на трассе в свободном пространстве (FSPL), атмосферного затухания и потерь на проникновение4.

Формирование луча является ключевым методом, позволяющим снизить ограничения по мощности из-за высоких потерь на трассе в беспроводной связи миллиметрового диапазона5 и обеспечить пространственный контроль над сигналом, минимизируя помехи и позволяя увеличить повторное использование частот. Хотя цифровое формирование диаграммы чаще всего применяется в системах с низкой полосой пропускания ниже 7 ГГц, для каждого антенного элемента требуется полная радиочастотная цепь, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). плохо масштабируется с точки зрения стоимости, сложности и энергопотребления, особенно для приложений с массивными входами и множеством выходов (MIMO) в миллиметровом диапазоне волн5, 6. Как следствие, аналоговые и гибридные технологии формирования диаграммы направленности позволяют развертывать мобильную связь в миллиметровом диапазоне эффективным и масштабируемым образом, поскольку они уменьшают количество необходимых АЦП и ЦАП. В частности, антенны с фазированной решеткой (ФАР) являются одной из наиболее многообещающих аналоговых реализаций формирования диаграммы направленности, обеспечивая возможность быстрого и гибкого управления диаграммой направленности7, 8.