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这项技术可以为您的家庭和工作场所带来最快的5G版本

UC San Diego工程师开发了一个系统,使毫米波信号能够克服堵塞,同时提供高吞吐量

UC圣地亚哥电气和计算机工程博士。学生ISH JAIN与他开发的新毫米波设置姿势。该设置提高了毫米波信号的吞吐量和可靠性。

今天的5G手机的消费者可能经历了以下权衡之一:令人印象深刻的下载速度,具有极其有限,差异的覆盖范围,或者广泛和可靠的覆盖范围,而不是比今天的4G网络更快的速度。

加州大学圣地亚哥电气工程师开发的一项新技术结合了两全其美的最佳,可以实现5G连接,同时超快速可靠。

该团队将在ACM SIGCOMM 2021年会议上展示其工作,该会议将于8月23日至27日在线进行。

该技术介绍了一种解决方案来克服了用于日常用户的高频带5G实用的解决方案:早期的无线信号,称为毫米波,不能远行,容易被墙壁,人,树木和其他障碍阻挡。

今天的高频带5G系统通过在基站和接收器之间发送一个激光样毫米波梁来传达数据 - 例如,用户的电话。问题是如果某些东西或某人妨碍了该波束路径的方式,那么连接会完全阻止。

“依靠单一梁创造了单一的失败,”UC San Diego Jacobs工程学院电气和计算机工程教授Dinesh Bharadia表示,ACM Sigcomm纸上的高级作者。

两个光束比一个更好

Bharadia和他的团队是UC圣地亚哥的一部分无线通信中心,提出了一个聪明的解决方案:将一个激光样毫米波梁分成多个激光样光束,并且每个光束从基站到接收器采取不同的路径。当障碍物在路上时,这个想法是改善至少一个光束到达接收器的机会。

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多光束毫米波系统的实验设置。

研究人员创造了一个能够这样做的系统,并在办公室内和校园内的建筑物外测试它。该系统提供了高吞吐量连接(高达800 Mbps),可靠性100%,这意味着当用户在障碍物,墙壁和户外雕塑等障碍物上移动时,信号没有下降或失去强度。在户外测试中,系统提供距离最远80米(262英尺)的连接。

要创建其系统,研究人员开发了一组新算法。一个算法首先指示基站将光束分成多个路径。其中一些路径从基站和接收器中直接拍摄;有些路径采用间接途径,其中光束反弹,在环境中反射毫米波,如玻璃,金属,混凝土或干墙 - 到达接收器的环境中所谓的反射器表面。然后,算法学习哪些是给定环境中的最佳路径。然后,优化每个光束的角度,相位和功率,使得当它们到达接收器时,它们建设性地结合以产生强大,高质量和高吞吐量信号。

通过这种方法,更多的光束导致更强的信号。

“你认为分裂光束会降低信号的吞吐量或质量,”Bharadia说。“但随着我们设计的算法的方式,它在数学上证明我们的多光束系统为您提供更高的吞吐量,同时将整体电量与单光束系统一起传输相同的功率。”

当用户移动时,其他算法维护连接,并且当其他用户换另一个用户时。当这些发生时,光束会变得错位。该算法通过不断跟踪用户的移动并重新调整所有光束参数来克服了这个问题。

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多光束毫米波系统的硬件。

研究人员在实验室中开发的尖端硬件上实施了算法。“你不需要任何新硬件来做这件事,”电脑工程博士,电脑工程博士说:Bharadia的实验室的学生和本文的第一个作者。“我们的算法都符合当前的5G协议。”

硬件包括一个小型基站和接收器。The base station is equipped with a phased array that was developed in the lab of UC San Diego electrical and computer engineering professor Gabriel Rebeiz, who is an expert in phased arrays for 5G and 6G communications and is also a member of the university’s Center for Wireless Communications.

该团队现在正在努力缩放其系统以容纳多个用户。

更多信息可以在项目的网站上找到:https://wcsng.ucsd.edu/mmmreliable/

纸质:“两个光束优于一个:朝着可靠而高的吞吐量MMWave链接。”共同作者包括raghav小组布兰,UC San Diego。

该工作得到国家科学基金会(授予1925767)的支持。


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