I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno sviluppato un metodo per valutare e selezionare i progetti di antenne ottimali per i futuri telefoni cellulari di quinta generazione (5G), altri dispositivi wireless e stazioni base.

Il nuovo metodo NIST potrebbe aumentare la capacità della rete wireless 5G e ridurre i costi.

I sistemi 5G eviteranno i canali wireless convenzionali affollati utilizzando più alti, bande di frequenza delle onde millimetriche. Le trasmissioni a queste frequenze perdono molta energia lungo il percorso, che indebolisce la potenza del segnale ricevuto. Una soluzione sono le antenne "intelligenti" che possono formare fasci insolitamente stretti, l'area nello spazio in cui i segnali vengono trasmessi o ricevuti, e indirizzarli rapidamente in direzioni diverse.

L'ampiezza del raggio dell'antenna influisce sulla progettazione e sulle prestazioni del sistema wireless. Il nuovo metodo basato sulla misurazione del NIST consente ai progettisti e agli ingegneri di sistema di valutare le larghezze di fascio dell'antenna più appropriate per gli ambienti reali.

"Il nostro nuovo metodo potrebbe ridurre i costi consentendo un maggiore successo con la progettazione iniziale della rete, eliminando gran parte dei tentativi ed errori che sono ora necessari, L'ingegnere del NIST Kate Remley ha detto. "Il metodo favorirebbe anche l'uso di nuove stazioni base che trasmettono a più utenti contemporaneamente o in rapida successione senza che un raggio d'antenna interferisca con un altro. Questo, a sua volta, aumenterebbe la capacità della rete e ridurrebbe i costi con una maggiore affidabilità."

Questo è il primo studio dettagliato basato sulla misurazione di come la larghezza del raggio e l'orientamento dell'antenna interagiscono con l'ambiente per influenzare la trasmissione del segnale a onde millimetriche. Nella tecnica, Le misurazioni NIST che coprono un'ampia gamma di angoli del fascio dell'antenna vengono convertite in un modello di antenna omnidirezionale che copre tutti gli angoli allo stesso modo. Il modello omnidirezionale può quindi essere segmentato in larghezze di raggio sempre più strette. Gli utenti possono valutare e modellare le prestazioni delle caratteristiche del raggio dell'antenna in tipi specifici di canali wireless.

Un ingegnere potrebbe utilizzare il metodo per selezionare un'antenna più adatta a un'applicazione specifica. Per esempio, l'ingegnere può scegliere una larghezza di fascio sufficientemente stretta da evitare riflessi su determinate superfici o che consenta a più antenne di coesistere in un dato ambiente senza interferenze.

Per sviluppare il nuovo metodo, il team del NIST ha raccolto dati sperimentali in un corridoio e nell'atrio di un edificio di ricerca del NIST, utilizzando uno speciale robot caricato con un ecoscandaglio personalizzato e altre apparecchiature. Un ecoscandaglio raccoglie dati che catturano le riflessioni del segnale, diffrazioni e scattering che si verificano tra un trasmettitore e un ricevitore. Molte di queste misurazioni possono essere utilizzate per creare una rappresentazione statistica del canale radio, per supportare la progettazione e la standardizzazione affidabili del sistema.

I risultati dello studio NIST confermano che i fasci stretti possono ridurre significativamente le interferenze e i ritardi del segnale, e che un orientamento del raggio ottimizzato riduce la perdita di energia durante le trasmissioni. Per esempio, l'intervallo di tempo durante il quale arrivano le riflessioni del segnale (una metrica chiamata diffusione del ritardo RMS) è sceso drasticamente da 15 nanosecondi (ns) a circa 1,4 ns poiché la larghezza del raggio dell'antenna è stata ridotta da omnidirezionale (360 gradi) a uno stretto 3 gradi o cosiddetto raggio a matita .

La ricerca futura includerà l'estensione del metodo a diversi ambienti e l'analisi di altre caratteristiche del canale wireless.