Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont développé une méthode d'évaluation et de sélection de conceptions d'antennes optimales pour les futurs téléphones portables de cinquième génération (5G). autres appareils sans fil et stations de base.

La nouvelle méthode NIST pourrait augmenter la capacité du réseau sans fil 5G et réduire les coûts.

Les systèmes 5G éviteront les canaux sans fil conventionnels encombrés en utilisant des bandes de fréquences d'ondes millimétriques. Les transmissions à ces fréquences perdent beaucoup d'énergie en cours de route, ce qui affaiblit la force du signal reçu. Une solution consiste à utiliser des antennes « intelligentes » qui peuvent former des faisceaux inhabituellement étroits (la zone de l'espace où les signaux sont transmis ou reçus) et les orienter rapidement dans différentes directions.

La largeur de faisceau de l'antenne affecte la conception et les performances du système sans fil. La nouvelle méthode basée sur la mesure du NIST permet aux concepteurs de systèmes et aux ingénieurs d'évaluer les largeurs de faisceau d'antennes les plus appropriées pour les environnements réels.

"Notre nouvelle méthode pourrait réduire les coûts en permettant une plus grande réussite avec la conception initiale du réseau, éliminant une grande partie des essais et erreurs qui sont maintenant nécessaires, " L'ingénieur NIST Kate Remley a déclaré. " La méthode favoriserait également l'utilisation de nouvelles stations de base qui transmettent à plusieurs utilisateurs simultanément ou en succession rapide sans qu'un faisceau d'antenne n'interfère avec un autre. Cette, à son tour, augmenterait la capacité du réseau et réduirait les coûts avec une plus grande fiabilité."

Il s'agit de la première étude détaillée basée sur des mesures de la façon dont la largeur de faisceau et l'orientation de l'antenne interagissent avec l'environnement pour affecter la transmission du signal à ondes millimétriques. Dans la technique, Les mesures NIST couvrant une large gamme d'angles de faisceau d'antenne sont converties en un diagramme d'antenne omnidirectionnel couvrant tous les angles de manière égale. Le motif omnidirectionnel peut ensuite être segmenté en largeurs de faisceau de plus en plus étroites. Les utilisateurs peuvent évaluer et modéliser les performances attendues des caractéristiques du faisceau d'antenne dans des types spécifiques de canaux sans fil.

Un ingénieur pourrait utiliser la méthode pour sélectionner une antenne qui convient le mieux à une application spécifique. Par exemple, l'ingénieur peut choisir une largeur de faisceau suffisamment étroite pour éviter les réflexions sur certaines surfaces ou qui permet à plusieurs antennes de coexister dans un environnement donné sans interférence.

Pour développer la nouvelle méthode, l'équipe du NIST a collecté des données expérimentales dans un couloir et un hall d'un bâtiment de recherche du NIST, à l'aide d'un robot spécial chargé d'un sondeur de canal personnalisé et d'autres équipements. Un sondeur de canal collecte des données qui capturent les réflexions du signal, diffractions et diffusions qui se produisent entre un émetteur et un récepteur. De nombreuses mesures de ce type peuvent être utilisées pour créer une représentation statistique du canal radio, pour soutenir une conception et une normalisation fiables des systèmes.

Les résultats de l'étude du NIST confirment que les faisceaux étroits peuvent réduire considérablement les interférences et les retards du signal, et qu'une orientation optimisée du faisceau réduit les pertes d'énergie lors des transmissions. Par exemple, l'intervalle de temps pendant lequel les réflexions du signal arrivent (une métrique appelée étalement du délai RMS) a chuté de manière spectaculaire de 15 nanosecondes (ns) à environ 1,4 ns alors que la largeur de faisceau de l'antenne a été réduite d'omnidirectionnelle (360 degrés) à un faisceau étroit de 3 degrés ou ce qu'on appelle un faisceau crayon .

Les recherches futures comprendront l'extension de la méthode à différents environnements et l'analyse d'autres caractéristiques des canaux sans fil.