家の外までmm

Jan 11, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13945 (2023) この記事を引用

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アダプティブ アナログ ビームフォーミングは、フェーズド アレイ アンテナ (PAA) から放射されるミリ波無線信号の空間制御を可能にする重要なテクノロジーであり、将来のモバイル ネットワークの容量を最大化し、希少なスペクトルを効率的に使用するために不可欠です。 一方、Intermediate Frequency-over-Fiber (IFoF) は、複雑さが低く、光スペクトル効率が高く、遅延が少ないため、ミリ波 (mm-wave) モバイル フロントホールにとって有望なテクノロジーです。 IFoF と PAA の組み合わせは、スケーラブルで集中型、効率的、信頼性の高い方法でミリ波モバイル通信を実装するための鍵となります。 この研究では、著者の知る限り初めて、送信側と受信側で適応ビームフォーミングを備えた PAA を使用して実験的な IFoF ミリ波無線セットアップを評価する、大規模な屋外測定キャンペーンを紹介します。 実験セットアップの構成は 5G 標準に従っており、n258 帯域の 27 GHz の中心周波数で信号をワイヤレスで送信します。 採用された PAA は 8 × 8 パッチ アンテナ アレイで構成されており、方位角と仰角でのビーム ステアリングが可能です。 さらに、さまざまなエンドユーザーの場所、アンテナ構成、無線シナリオが屋外実験でテストされ、優れた EVM パフォーマンスが示され、最大 1.88 Gbit/s で最大 165.5 m の 64-QAM 伝送が達成されました。 実験結果により、さまざまなシナリオに合わせて実験セットアップを最適化でき、さまざまな無線条件におけるシステムの信頼性が証明されます。 さらに、この研究の結果は、PAA と組み合わせた IFoF が将来の 5G/6G 構造の一部となる可能性と可能性を証明しています。

ここ数年のモバイル データ トラフィックの劇的な増加には、特に拡張現実 (AR)、仮想現実 (VR)、4K/8K ビデオ ストリーミングなどの新しいアプリケーションやサービスの出現により、ネットワーク インフラストラクチャの大幅なアップグレードと強化が必要です。 、自動運転、インダストリー 4.0、モノのインターネット (IoT)1。 第 5 世代 (5G) モバイル ネットワークとその後継の 6G は、そのようなアプリケーションに適切な体験品質 (QoE) とサービス品質 (QoS) を提供することを目的としています。 これを達成するために、5G 標準では、遅延、接続デバイスの数、データ レート、エネルギー効率、モビリティ、容量に関する一連の要件が指定されています2。 データ レートの向上は、将来の 5G/6G システムの主な目的の 1 つです。 これを実現するには、より高い周波数帯域に移行する必要があります。 光ワイヤレス通信は、利用可能な膨大な帯域幅を提供します。 ただし、光ワイヤレス通信は信頼性が低く、カバーエリアが狭く、感度も低いため、屋外のモバイルシナリオには適していません3。 対照的に、ミリ波 (mm-wave) 無線通信は光学的アプローチの欠点を克服し、利用可能なスペクトルを大量に使用できるようにします。 ミリ波無線通信における最も重要な課題の 1 つは、自由空間経路損失 (FSPL)、大気減衰、および透過損失の増加による電力制限です。

ビームフォーミングは、ミリ波無線通信5における高い経路損失による電力制限を軽減し、信号の空間制御を可能にして干渉を最小限に抑え、周波数の再利用を高めるための重要な方法です。 デジタル ビームフォーミングは、7 GHz 未満の低帯域幅システムに最も一般的に適用されますが、アンテナ要素ごとに完全な RF チェーン、アナログ - デジタル コンバーター (ADC)、およびデジタル - アナログ コンバーター (DAC) が必要です。特にミリ波の大規模多入力多出力 (MIMO) アプリケーションでは、コスト、複雑さ、消費電力の点でスケールが不十分です5、6。その結果、アナログおよびハイブリッド ビームフォーミング テクノロジにより、ミリ波モバイル通信の展開が可能になります。必要な ADC と DAC の数が減るため、効果的かつスケーラブルな方法で実現できます。 特に、フェーズド アレイ アンテナ (PAA) は、最も有望なアナログ ビームフォーミング実装の 1 つであり、迅速かつ柔軟なビーム ステアリング機能を提供します7、8。