美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種方法，用于評(píng)估和選擇適用于未來(lái)第五代（5G）手機(jī)、其他無(wú)線設(shè)備和基站的最佳天線設(shè)計(jì)。

新的NIST方法可以提高5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量，降低成本。5G系統(tǒng)將使用更高的毫米波頻段來(lái)避開(kāi)擁擠的傳統(tǒng)無(wú)線信道。這些頻率的信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)損失大量能量，從而削弱接收到的信號(hào)強(qiáng)度。一種解決方案是“智能”天線，它可以形成非常窄的波束（信號(hào)傳輸或接收的空間區(qū)域），并迅速將其引導(dǎo)到不同的方向。天線波束寬度會(huì)影響無(wú)線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能。NIST新的測(cè)量方法使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和工程師可以評(píng)估真實(shí)環(huán)境中最合適的天線波束寬度。

“我們的新方法可以在初始網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上取得更大的成功，消除目前所需的大量反復(fù)試驗(yàn)，從而降低成本，”NIST的工程師Kate Remley說(shuō)。“該方法還將促進(jìn)新基站的使用，這些基站可以同時(shí)或快速連續(xù)地向多個(gè)用戶傳輸數(shù)據(jù)，而不會(huì)有一個(gè)天線波束干擾到另一個(gè)天線波束。反過(guò)來(lái)，這將增加網(wǎng)絡(luò)容量，降低成本，并且可靠性更高?！?/p>

這是第一個(gè)詳細(xì)的以測(cè)量為基礎(chǔ)的研究，探討了天線波束寬度和方向如何與環(huán)境產(chǎn)生相互作用，從而影響毫米波信號(hào)的傳輸。在該技術(shù)中，覆蓋大范圍天線波束角度的NIST測(cè)量被轉(zhuǎn)換成覆蓋所有角度的全向天線圖。然后可以將全向圖分割為越來(lái)越窄的波束寬度。用戶可以評(píng)估和模擬天線波束特性在特定類型的無(wú)線信道中的表現(xiàn)。

工程師可以使用這種方法來(lái)選擇最適合特定應(yīng)用的天線。例如，工程師可以選擇足夠窄的波束寬度來(lái)避免某些表面的反射，或者選擇允許多個(gè)天線在給定的環(huán)境中共存而不受到干擾的波束寬度。

為了研發(fā)這種新方法，NIST團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)裝有定制通道探測(cè)器和其他設(shè)備的特殊機(jī)器人在NIST研究大樓的走廊和大廳收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。信道發(fā)聲器收集了發(fā)射端和接收端之間的信號(hào)反射、衍射和散射的數(shù)據(jù)。許多這樣的測(cè)量可以用來(lái)創(chuàng)建關(guān)于無(wú)線電信道的統(tǒng)計(jì)表示，以支持可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化。

NIST的研究結(jié)果證實(shí)，窄波束可以顯著減少信號(hào)的干擾和延遲，優(yōu)化的波束方向可以減少傳輸過(guò)程中的能量損耗。例如，當(dāng)天線波束寬度從全向（360°）減少到窄3°或所謂的鉛筆波束時(shí)，信號(hào)反射到達(dá)的時(shí)間間隔（一種稱為RMS時(shí)延擴(kuò)展的度量指標(biāo)）從15 ns急劇下降至約1.4 ns左右。

未來(lái)的研究包括將該方法擴(kuò)展到不同的環(huán)境及其他無(wú)線信道特性的分析。