Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) blijven pionieren met nieuwe antennemeetmethoden, dit keer voor toekomstige draadloze 5G-communicatiesystemen.

NIST's nieuwe Large Antenna Positioning System (LAPS) heeft twee robotarmen die zijn ontworpen om "slimme" of aanpasbare antennes te positioneren, die kan worden gemonteerd op basisstations die signalen van en naar grote aantallen apparaten verwerken. Toekomstige 5G-systemen zullen op hogere frequenties werken en meer dan 100 keer de datacapaciteit bieden van de huidige mobiele telefoons, terwijl miljarden mobiele breedbandgebruikers in complexe, drukke signaalomgevingen.

Onder de vele speciale mogelijkheden, de LAPS kan uitzendingen van en naar antennes op snel bewegende mobiele apparaten testen, wat coördinatie vereist tussen de timing van communicatiesignalen en robotbeweging.

"Metingen van antennesignalen zijn een geweldig gebruik voor robotica, NIST-elektronica-ingenieur Jeff Guerrieri zei. "De robotarmen zorgen voor antennepositionering die zou worden beperkt door conventionele meetsystemen."

NIST-onderzoekers valideren nog steeds de prestaties van de LAPS en beginnen deze nu pas aan de industrie te introduceren. Het systeem is vorige week op een Europese conferentie beschreven.

De huidige mobiele apparaten zoals mobiele telefoons, wifi-systemen voor consumenten en radio's voor openbare veiligheid werken meestal op frequenties onder 3 gigahertz (GHz), een druk deel van het spectrum. Mobiele communicatie van de volgende generatie begint de meer open frequentiebanden te gebruiken op millimetergolflengten (30-300 GHz), maar deze signalen worden gemakkelijk vervormd en worden eerder beïnvloed door fysieke barrières zoals muren of gebouwen. Oplossingen omvatten zenderantenne-arrays met tientallen tot honderden elementen die het antennevermogen concentreren in een bestuurbare straal die mobiele apparaten kan volgen.

Al decenia, NIST is een pionier in het testen van hoogwaardige antennes voor radar, vliegtuigen, communicatie en satellieten. Nutsvoorzieningen, de LAPS zal de ontwikkeling van draadloze 5G-systemen en systemen voor het delen van spectrum helpen bevorderen. Het dual-robotsysteem zal onderzoekers ook helpen de interferentieproblemen te begrijpen die worden veroorzaakt door de steeds grotere signaaldichtheid.

De nieuwe faciliteit is de volgende generatie van NIST's Configurable Robotic Millimeter-Wave Antenna (CROMMA) Facility, die een enkele robotarm heeft. CROMMA, ontwikkeld bij NIST, is een populair instrument geworden voor hoogfrequente antennemetingen. Bedrijven die legacy-antennemeetsystemen integreren, beginnen robotarmen te gebruiken in hun productlijnen, het vergemakkelijken van de overdracht van deze technologie aan bedrijven zoals The Boeing Co.

CROMMA kan alleen fysiek kleine antennes meten. NIST ontwikkelde het LAPS-concept van een dubbel robotarmsysteem, één robot in een vaste positie en de andere gemonteerd op een grote lineaire railslede voor grotere antennes en basisstations. Het systeem is ontworpen en geïnstalleerd door NSI-MI Technologies. De LAPS heeft ook een veiligheidseenheid, inclusief radar die is ontworpen om botsingen van robots en antennes in de omgeving te voorkomen, en om operators te beschermen.

De meetmogelijkheden van LAPS voor 5G-systemen omvatten flexibele scangeometrieën, bundelvolging van mobiele apparaten en verbeterde nauwkeurigheid en herhaalbaarheid bij mobiele metingen.

De LAPS heeft de conventionele scanners van NIST vervangen en zal worden gebruikt voor het uitvoeren van near-field metingen van basisantenne-eigenschappen voor ruimtevaart- en satellietbedrijven die nauwkeurige kalibraties en prestatieverificatie vereisen. De near-field-techniek meet het uitgestraalde signaal zeer dicht bij de antenne in een gecontroleerde omgeving en, met behulp van wiskundige algoritmen ontwikkeld bij NIST, berekent de prestaties van de antenne op de werkafstand, bekend als het verre veld.

Maar het uiteindelijke doel van de LAPS is om dynamische, over-the-air testen van toekomstige 5G-communicatiesystemen. Uit de eerste validatie blijkt dat de mechanische basiswerking van de LAPS binnen de gespecificeerde ontwerptoleranties voor stilstaande en bewegende tests tot ten minste 30 GHz valt. De definitieve validatie is aan de gang.