Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han desarrollado un método para evaluar y seleccionar diseños óptimos de antenas para futuros teléfonos celulares de quinta generación (5G). otros dispositivos inalámbricos y estaciones base.

El nuevo método NIST podría aumentar la capacidad de la red inalámbrica 5G y reducir los costos.

Los sistemas 5G evitarán los canales inalámbricos convencionales abarrotados mediante el uso de bandas de frecuencia de ondas milimétricas. Las transmisiones en estas frecuencias pierden mucha energía en el camino, que debilita la fuerza de la señal recibida. Una solución son las antenas "inteligentes" que pueden formar haces inusualmente estrechos (el área en el espacio donde se transmiten o reciben las señales) y dirigirlos rápidamente en diferentes direcciones.

El ancho de haz de la antena afecta el diseño y el rendimiento del sistema inalámbrico. El nuevo método basado en mediciones de NIST permite a los diseñadores e ingenieros de sistemas evaluar los anchos de haz de antena más apropiados para entornos reales.

"Nuestro nuevo método podría reducir los costos al permitir un mayor éxito con el diseño de red inicial, eliminando gran parte del ensayo y error que ahora se requiere, Kate Remley, ingeniera del NIST, dijo:“El método también fomentaría el uso de nuevas estaciones base que transmitan a varios usuarios simultáneamente o en rápida sucesión sin que un haz de antena interfiera con otro. Esta, Sucesivamente, aumentaría la capacidad de la red y reduciría los costos con una mayor confiabilidad ".

Este es el primer estudio detallado basado en mediciones de cómo el ancho del haz de la antena y la orientación interactúan con el entorno para afectar la transmisión de señales de ondas milimétricas. En la técnica, Las mediciones del NIST que cubren una amplia gama de ángulos de haz de antena se convierten en un patrón de antena omnidireccional que cubre todos los ángulos por igual. El patrón omnidireccional se puede segmentar en anchos de haz cada vez más estrechos. Los usuarios pueden evaluar y modelar cómo se espera que funcionen las características del haz de la antena en tipos específicos de canales inalámbricos.

Un ingeniero podría utilizar el método para seleccionar la antena que mejor se adapte a una aplicación específica. Por ejemplo, el ingeniero puede elegir un ancho de haz que sea lo suficientemente estrecho para evitar reflejos en ciertas superficies o que permita que múltiples antenas coexistan en un entorno dado sin interferencia.

Para desarrollar el nuevo método, el equipo del NIST recopiló datos experimentales en un pasillo y vestíbulo de un edificio de investigación del NIST, utilizando un robot especial cargado con una sonda de canal personalizada y otros equipos. Una sonda de canal recopila datos que capturan los reflejos de la señal, difracciones y dispersiones que ocurren entre un transmisor y un receptor. Muchas de estas mediciones se pueden utilizar para crear una representación estadística del canal de radio, para respaldar el diseño y la estandarización de sistemas confiables.

Los resultados del estudio NIST confirman que los haces estrechos pueden reducir significativamente la interferencia y los retrasos de la señal, y que una orientación optimizada del haz reduce la pérdida de energía durante las transmisiones. Por ejemplo, el intervalo de tiempo durante el cual llegan las reflexiones de la señal (una métrica llamada dispersión de retardo RMS) se redujo drásticamente de 15 nanosegundos (ns) a aproximadamente 1,4 ns a medida que el ancho del haz de la antena se redujo de omnidireccional (360 grados) a un estrecho de 3 grados o el llamado haz de lápiz .

Las investigaciones futuras incluirán la extensión del método a diferentes entornos y el análisis de otras características de canales inalámbricos.