Система называется SAMURAI, сокращенно от Synthetic Aperture Measurements of Uncertainty in Angle of Incident. Система является первой, предлагающей беспроводные измерения 5G с точностью, которая может быть прослежена до фундаментальных физических стандартов – ключевая особенность, потому что даже крошечные ошибки могут привести к неверным результатам. SAMURAI также достаточно мал, чтобы его можно было транспортировать на полевые испытания.
Мобильные устройства, такие как сотовые телефоны, потребительские устройства Wi-Fi и радиостанции общественной безопасности, в настоящее время в основном работают на электромагнитных частотах ниже 3 гигагерц (ГГц) с антеннами, которые излучают одинаково во всех направлениях.
Эксперты прогнозируют, что технологии 5G могут повысить скорость передачи данных в тысячу раз за счет использования более высоких частот "миллиметрового диапазона" выше 24 ГГц и сильно направленных, активно изменяющихся диаграмм направленности антенн. Такие активные антенные решетки помогают преодолевать потери этих высокочастотных сигналов при передаче. Системы 5G также отправляют сигналы по нескольким путям одновременно – так называемым пространственным каналам – для увеличения скорости и преодоления помех.
Многие инструменты могут измерять некоторые аспекты характеристик направленных устройств 5G и каналов.
Но большинство из них сосредоточены на сборе быстрых снимков в ограниченном частотном диапазоне, чтобы обеспечить общий обзор канала, тогда как SAMURAI предоставляет подробный портрет. Кроме того, многие инструменты настолько велики, что могут искажать передачу и прием сигналов миллиметрового диапазона.
Описано на конференции в августе. 7, ожидается, что SAMURAI поможет решить многие оставшиеся без ответа вопросы, связанные с использованием активных антенн 5G, например, что происходит, когда высокие скорости передачи данных передаются по нескольким каналам одновременно.
Система поможет улучшить теорию, оборудование и методы анализа, чтобы обеспечить точные модели каналов и эффективные сети.
«SAMURAI обеспечивает рентабельный способ изучения многих проблем измерения миллиметровых волн, поэтому этот метод будет доступен для академических лабораторий, а также метрологических лабораторий», – сказала инженер-электронщик NIST Кейт Ремли. "Благодаря прослеживаемости к стандартам, пользователи могут быть уверены в измерениях. Этот метод позволит лучше проектировать антенну и проверять ее характеристики, а также поддерживает проектирование сети."
SAMURAI измеряет сигналы в широком диапазоне частот, в настоящее время до 50 ГГц, а в следующем году – до 75 ГГц.
Система получила свое название, потому что она измеряет принимаемые сигналы во многих точках по сетке или виртуальной «синтетической апертуре».«Это позволяет реконструировать поступающую энергию в трех измерениях, включая углы приходящих сигналов, – на которые влияют многие факторы, например то, как электрическое поле сигнала отражается от объектов на пути передачи.
SAMURAI может применяться для решения множества задач, от проверки производительности беспроводных устройств с активными антеннами до измерения отражающих каналов в средах, где металлические предметы рассеивают сигналы. Исследователи NIST в настоящее время используют SAMURAI для разработки методов тестирования промышленных устройств Интернета вещей на частотах миллиметрового диапазона.
Основными компонентами являются две антенны для передачи и приема сигналов, приборы с точной временной синхронизацией для генерации радиопередач и анализа приема, а также шестиосевой роботизированный манипулятор, который позиционирует приемную антенну в точках сетки, которые образуют синтетическую апертуру.
Робот обеспечивает точное и воспроизводимое положение антенны и отслеживает различные схемы приема в трехмерном пространстве, такие как цилиндрические и полусферические формы. В испытательную установку можно поместить множество небольших металлических предметов, таких как плоские пластины и цилиндры, чтобы представить здания и другие реальные препятствия для передачи сигнала. Для повышения точности позиционирования также используется система из 10 камер для отслеживания антенн и измерения местоположения объектов в канале, которые рассеивают сигналы.
Система обычно прикрепляется к оптическому столу размером 5 на 14 футов (1.5 метров на 4.3 метра).
Но оборудование достаточно портативное, чтобы его можно было использовать в мобильных полевых испытаниях и перенести в другие лабораторные условия. Исследование беспроводной связи требует сочетания лабораторных тестов, которые хорошо контролируются, чтобы помочь изолировать определенные эффекты и проверить производительность системы, и полевых испытаний, которые фиксируют диапазон реальных условий.
Для выполнения измерений могут потребоваться часы, поэтому все аспекты (стационарного) канала записываются для последующего анализа. Эти значения включают факторы окружающей среды, такие как температура и влажность, расположение рассеивающих объектов и отклонение точности измерительной системы.
Команда NIST разработала SAMURAI с сотрудниками из Колорадской горной школы в Голдене, штат Колорадо. Исследователи проверили базовую операцию и теперь включают в измерения неопределенность из-за нежелательных отражений от манипулятора, ошибки положения и диаграммы направленности антенны.