Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han desarrollado un método para evaluar y seleccionar diseños óptimos de antenas para futuros teléfonos celulares de quinta generación 5G, otros dispositivos inalámbricos y estaciones base.
El nuevo método NIST podría aumentar la capacidad de la red inalámbrica 5G y reducir los costos.
Los sistemas 5G evitarán los canales inalámbricos convencionales abarrotados mediante el uso de bandas de frecuencia de onda milimétrica más altas. Las transmisiones a estas frecuencias pierden mucha energía en el camino, lo que debilita la intensidad de la señal recibida. Una solución son las antenas "inteligentes" que pueden formarse de manera inusualhaces estrechos, el área en el espacio donde se transmiten o reciben señales, y los dirige rápidamente en diferentes direcciones.
El ancho del haz de la antena afecta el diseño y el rendimiento del sistema inalámbrico. El nuevo método basado en mediciones del NIST permite a los diseñadores e ingenieros del sistema evaluar los anchos de haz de antena más adecuados para entornos reales.
"Nuestro nuevo método podría reducir los costos al permitir un mayor éxito con el diseño inicial de la red, eliminando gran parte de la prueba y error que ahora se requiere", dijo la ingeniera del NIST Kate Remley. "El método también fomentaría el uso de nuevas estaciones base quetransmitir a varios usuarios simultáneamente o en rápida sucesión sin que un haz de antena interfiera con otro. Esto, a su vez, aumentaría la capacidad de la red y reduciría los costos con una mayor confiabilidad ".
Este es el primer estudio detallado basado en mediciones de cómo el ancho y la orientación del haz de la antena interactúan con el entorno para afectar la transmisión de la señal de onda milimétrica. En la técnica, las mediciones NIST que cubren un amplio rango de ángulos del haz de la antena se convierten en un patrón de antena omnidireccionalcubriendo todos los ángulos por igual. El patrón omnidireccional se puede segmentar en anchos de haz cada vez más estrechos. Los usuarios pueden evaluar y modelar cómo se espera que las características del haz de antena funcionen en tipos específicos de canales inalámbricos.
Un ingeniero podría usar el método para seleccionar una antena que mejor se adapte a una aplicación específica. Por ejemplo, el ingeniero puede elegir un ancho de haz lo suficientemente estrecho para evitar reflejos en ciertas superficies o que permita que coexistan múltiples antenas en un entorno determinado sininterferencia.
Para desarrollar el nuevo método, el equipo del NIST recopiló datos experimentales en un pasillo y vestíbulo de un edificio de investigación del NIST, utilizando un robot especial cargado con un sonar de canal personalizado y otro equipo. Un sonar de canal recopila datos que capturan los reflejos de la señal,difracciones y dispersión que ocurren entre un transmisor y un receptor. Muchas de estas mediciones se pueden utilizar para crear una representación estadística del canal de radio, para apoyar el diseño y la estandarización confiables del sistema.
Los resultados del estudio NIST confirman que los haces estrechos pueden reducir significativamente la interferencia de la señal y los retrasos, y que una orientación optimizada del haz reduce la pérdida de energía durante las transmisiones. Por ejemplo, el intervalo de tiempo durante el cual llegan las reflexiones de la señal una métrica llamada RMS delay spread cayó dramáticamentede 15 nanosegundos ns a aproximadamente 1,4 ns, ya que el ancho del haz de la antena se redujo de omnidireccional 360 grados a un estrecho haz de 3 grados o llamado rayo de lápiz.
La investigación futura incluirá extender el método a diferentes entornos y el análisis de otras características del canal inalámbrico.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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