Сверхбыстрая скорость загрузки связи 5G зависит от высоких частот, которые управляют передачей. Но самые высокие частоты идут с компромиссом.
Частоты в верхней части спектра 5G содержат наибольший объем данных и могут иметь решающее значение для дополненной и виртуальной реальности с высоким разрешением, потокового видео, видеоконференций и услуг в многолюдных городских районах. Но эти высокие частоты легко блокируются стенами, мебелью и даже людьми. Это было препятствием для реализации полного потенциала технологии.
Теперь группа исследователей из Принстона разработала новое устройство, которое поможет преодолеть это препятствие более высокочастотным сигналам 5G, известным как миллиметровые волны. Устройство под названием mmWall размером с небольшой планшет. Он может направлять сигналы mmWave во все уголки большой комнаты, а при установке на окно может передавать сигналы от наружного передатчика в помещении. Исследователи представили свою работу над mmWall на симпозиуме USENIX по проектированию и внедрению сетевых систем в Бостоне 19 апреля.
В то время как компьютеры и смартфоны часто подключаются к Wi-Fi в помещении, чтобы получить максимальную скорость передачи данных, наружные базовые станции 5G могут когда-нибудь заменить системы Wi-Fi и обеспечить высокоскоростное подключение как в помещении, так и на улице, предотвращая сбои при переключении устройств между сетями, сказал Кун. Ву Чо, доктор философии. студент факультета компьютерных наук Принстона и ведущий автор исследования. По ее словам, усиление сигналов 5G с помощью таких технологий, как mmWall, будет иметь решающее значение для этого более широкого внедрения.
mmWall представляет собой аккордеонный массив из 76 вертикальных панелей, которые могут как отражать, так и преломлять радиоволны на частотах выше 24 гигагерц, нижней границы сигналов mmWave. Эти частоты могут обеспечить пропускную способность, в пять-десять раз превышающую максимальную пропускную способность сетей 4G. Устройство может направлять лучи вокруг препятствий, а также эффективно выравнивать лучи передатчика и приемника, чтобы быстро устанавливать соединения и поддерживать их без проблем.
«Беспроводная передача на этих более высоких частотах больше похожа на лучи света, чем на вещание во всех направлениях, и поэтому легко блокируется людьми и другими препятствиями», — сказал старший автор исследования Кайл Джеймисон, профессор компьютерных наук, который возглавляет Принстонские передовые беспроводные системы. Лаборатория (ЛАПЫ).
Поверхность mmWall является первой, способной отражать такие передачи таким образом, что угол отражения не равен углу падения, что противоречит классическому закону физики. Устройство также может «преломлять передачи, которые попадают на одну сторону поверхности, под другим углом отклонения, и полностью электронно реконфигурируется в течение микросекунд, что позволяет ему не отставать от «линейной скорости» сверхбыстрых сетей завтрашнего дня», — говорится в сообщении. Джеймисон.
Каждая панель mmWall содержит две извилистые линии тонкой медной проволоки, граничащие с линией из 28 ломаных кругов, сделанных из более толстой проволоки, которые представляют собой метаатомы — материалы, геометрия которых предназначена для достижения регулируемых электрических и магнитных свойств. Применение контролируемого электрического тока к этим метаатомам может изменить поведение сигналов мм-волн, которые взаимодействуют с поверхностью mmWall, динамически направляя сигналы вокруг препятствий, изменяя их траектории на угол до 135 градусов.
«Просто изменяя напряжение, мы можем настроить фазу», или соотношение между входящими и исходящими радиоволнами , — сказал Чо. «В основном мы можем поворачиваться под любым углом для передачи и отражения. Современные поверхности обычно работают только для отражения или только для передачи, но с этим мы можем делать и то, и другое под любым произвольным углом с высокой амплитудой».
По словам Чо, этот процесс аналогичен замедлению световых волн при прохождении через стакан с водой. Вода меняет направление световых волн и заставляет объекты казаться искаженными, если смотреть сквозь воду.
Чо математически проанализировал различные параметры геометрии метаатомов, чтобы прийти к оптимальному размеру, форме и расположению метаатомов меди и путей между ними, которые были изготовлены с использованием стандартной технологии печатных плат и смонтированы на 3D-принтере. рамка. При разработке mmWall команда стремилась использовать как можно меньшие метаатомы (каждый имеет диаметр менее миллиметра), чтобы оптимизировать их взаимодействие с миллиметровыми волнами, а также упростить изготовление устройства и минимизировать количество меди. . Кроме того, mmWall потребляет всего микроватт электроэнергии, что примерно в 1000 раз меньше, чем у Wi-Fi-маршрутизаторов, потребляющих в среднем около 6 Вт.
Чо проверил способность mmWall передавать и направлять сигналы mmWave в лаборатории площадью 900 квадратных футов в здании Computer Science в Принстоне. С передатчиком в комнате mmWall улучшил отношение сигнал/шум почти во всех 23 протестированных точках комнаты. А когда передатчик был размещен на открытом воздухе, mmWall снова усиливал сигналы по всей комнате, в том числе примерно в 40% мест, которые были полностью заблокированы без использования mmWall.
Помимо Чо и Джеймисона, в число авторов входят Мохаммад Мазахери и Омид Абари из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Джереми Гаммесон из Массачусетского университета в Амхерсте.
Теги: связь
