Чтобы помочь решить проблему скопления беспроводных сетей и поддержать новое поколение мобильных технологий — сотовую связь 5G — исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разрабатывают инструменты измерения для каналов, которые являются новыми для мобильной связи и могут предложить больше более чем в 1000 раз превышает пропускную способность современных систем сотовой связи.Подобно первопроходцам, которые нашли землю, отправившись на запад, исследователи в области телекоммуникаций могут найти открытый спектр, поднявшись на более высокие частоты. Мобильные устройства, такие как сотовые телефоны, бытовые устройства Wi-Fi и радиостанции общественной безопасности, в основном работают на частотах ниже 3 гигагерц (ГГц) (см.
Инфографику). Но некоторые устройства начинают использовать быстрые кремниево-германиевые радиочипы, работающие на миллиметровых (миллиметровых) длинах волн выше 10 ГГц. Исследователи из NIST и других организаций рассматривают каналы до 100 ГГц и даже выше.Метрологическая инфраструктура для телекоммуникаций на этих частотах не завершена.
Задача NIST состоит в том, чтобы разработать инструменты и методы тестирования, которые были бы намного более точными, чем сегодняшние версии, для оптимизации производительности устройства. Поскольку высокоскоростные цифровые схемы могут легко искажать сигналы миллиметрового диапазона, даже крошечные ошибки могут привести к ошибочным битам информации. Кроме того, миллиметровые волны не перемещаются по углам так же, как волны более низкой частоты, поэтому модели каналов будут сложными.Возможные решения включают разработку сложных антенных решеток, которые могут предоставить новые возможности, такие как управление лучом — возможность передавать во многих различных направлениях, чтобы направить луч непосредственно на приемное устройство, и даже отслеживать мобильные устройства.
Это усилит сигналы и вызовет меньше помех для соседних устройств.«Мы хотим предоставить промышленности США прецизионные методы измерения, необходимые для разработки инновационных беспроводных технологий миллиметрового диапазона и соответствующих стандартов», — говорит координатор проекта NIST Кейт Ремли. «Эта работа может продвинуть вперед современные достижения в области телекоммуникаций и помочь удовлетворить ожидаемый рост спроса на емкость беспроводной связи».К настоящему времени Ремли и ее коллеги разработали откалиброванный, модулированный источник сигнала для тестирования приборов миллиметрового диапазона, таких как приемники и «эхолоты канала», для поддержки моделирования каналов связи миллиметровых волн в помещениях и на открытом воздухе. Другие исследователи NIST продемонстрировали новый зонд для проведения первых калиброванных измерений электрических полей на частотах выше 100 ГГц и новую установку для определения характеристик антенн, работающих на частотах выше 100 ГГц.
Новый калиброванный источник сигнала, продемонстрированный на частотах 44 и 94 ГГц, позволяет отслеживать измерения модулированных сигналов до фундаментальных физических величин. Источник основан на коммерческих частях, поэтому компании и другие пользователи могут легко создавать свои собственные системы.
Эхолот для мобильных каналов, продемонстрированный на данный момент на частоте 83 ГГц, предоставляет откалиброванный уровень принимаемого сигнала и дополнительные данные для анализа рассеяния и отражения сигнала, чтобы помочь исследователям разрабатывать сетевые протоколы, учитывающие искажения.В рамках того же проекта исследователи NIST также разрабатывают прибор миллиметрового диапазона для измерения нелинейных характеристик транзисторов и усилителей, которые будут использоваться в приемниках, передатчиках и других устройствах миллиметрового диапазона.
Все эти исследования проводятся в новой лаборатории коммуникационных технологий NIST. Источник сигнала частично финансировался Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов.