Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben een methode ontwikkeld voor het evalueren en selecteren van optimale antenne-ontwerpen voor toekomstige vijfde generatie (5G) mobiele telefoons, andere draadloze apparaten en basisstations.

De nieuwe NIST-methode kan de capaciteit van het draadloze 5G-netwerk vergroten en de kosten verlagen.

5G-systemen zullen overvolle conventionele draadloze kanalen vermijden door hogere, millimetergolf frequentiebanden. Transmissies op deze frequenties verliezen onderweg veel energie, die de ontvangen signaalsterkte verzwakt. Een oplossing zijn 'slimme' antennes die ongewoon smalle bundels kunnen vormen - het gebied in de ruimte waar signalen worden verzonden of ontvangen - en ze snel in verschillende richtingen kunnen sturen.

De bundelbreedte van de antenne beïnvloedt het ontwerp en de prestaties van het draadloze systeem. Met de nieuwe meetmethode van NIST kunnen systeemontwerpers en technici de meest geschikte antennebundelbreedten voor echte omgevingen evalueren.

"Onze nieuwe methode zou de kosten kunnen verlagen door meer succes mogelijk te maken met het initiële netwerkontwerp, het elimineren van veel van het vallen en opstaan ​​​​dat nu vereist is, "NIST-ingenieur Kate Remley zei. "De methode zou ook het gebruik van nieuwe basisstations bevorderen die gelijktijdig of snel achter elkaar naar verschillende gebruikers zenden zonder dat de ene antennestraal de andere stoort. Dit, beurtelings, zou de netwerkcapaciteit vergroten en de kosten verlagen met een hogere betrouwbaarheid."

Dit is de eerste gedetailleerde op metingen gebaseerde studie van hoe de bundelbreedte en oriëntatie van de antenne in wisselwerking staan ​​met de omgeving om de signaaloverdracht van millimetergolven te beïnvloeden. Bij de techniek, NIST-metingen die een breed scala aan antennebundelhoeken bestrijken, worden omgezet in een omnidirectioneel antennepatroon dat alle hoeken gelijkelijk dekt. Het omnidirectionele patroon kan vervolgens worden gesegmenteerd in smallere en smallere bundelbreedten. Gebruikers kunnen evalueren en modelleren hoe antennebundelkarakteristieken naar verwachting zullen presteren in specifieke soorten draadloze kanalen.

Een ingenieur zou de methode kunnen gebruiken om een ​​antenne te selecteren die het beste past bij een specifieke toepassing. Bijvoorbeeld, de ingenieur kan een bundelbreedte kiezen die smal genoeg is om reflecties van bepaalde oppervlakken te voorkomen of die het mogelijk maakt dat meerdere antennes in een bepaalde omgeving zonder interferentie naast elkaar bestaan.

Om de nieuwe methode te ontwikkelen, het NIST-team verzamelde experimentele gegevens in een gang en lobby van een NIST-onderzoeksgebouw, met behulp van een speciale robot geladen met een aangepaste kanaalsirene en andere apparatuur. Een kanaalsirene verzamelt gegevens die de signaalreflecties opvangen, diffracties en verstrooiing die optreden tussen een zender en ontvanger. Veel van dergelijke metingen kunnen worden gebruikt om een ​​statistische weergave van het radiokanaal te maken, om betrouwbaar systeemontwerp en standaardisatie te ondersteunen.

NIST-onderzoeksresultaten bevestigen dat smalle bundels signaalinterferentie en vertragingen aanzienlijk kunnen verminderen, en dat een geoptimaliseerde bundeloriëntatie het energieverlies tijdens transmissies vermindert. Bijvoorbeeld, het tijdsinterval waarin signaalreflecties arriveren (een metriek genaamd RMS-vertragingsspreiding) daalde dramatisch van 15 nanoseconden (ns) tot ongeveer 1,4 ns, aangezien de antennebundelbreedte werd verminderd van omnidirectioneel (360 graden) naar een smalle 3 graden of zogenaamde potloodbundel .

Toekomstig onderzoek omvat het uitbreiden van de methode naar verschillende omgevingen en analyse van andere draadloze kanaalkenmerken.