Беспроводной приемник блокирует помехи для повышения производительности мобильного устройства

Прочитано: 116 раз(а)


Растущее распространение высокоскоростных беспроводных коммуникационных устройств, от мобильных телефонов 5G до датчиков для автономных транспортных средств, приводит к все более переполненным радиоволнам. Это делает возможность блокировать мешающие сигналы, которые могут помешать работе устройства, еще более важной — и более сложной — проблемой.

Имея в виду эти и другие новые приложения, исследователи MIT продемонстрировали новую архитектуру беспроводного приемника миллиметровых волн с множественным входом и множественным выходом (MIMO), которая может справляться с более сильными пространственными помехами, чем предыдущие разработки. Системы MIMO имеют несколько антенн, что позволяет им передавать и принимать сигналы с разных направлений. Их беспроводной приемник обнаруживает и блокирует пространственные помехи при первой возможности, до того, как нежелательные сигналы будут усилены, что повышает производительность.

Ключом к этой архитектуре приемника MIMO является специальная схема, которая может нацеливать и подавлять нежелательные сигналы, известная как невзаимный фазовращатель. Создав новую структуру фазовращателя, которая является реконфигурируемой, маломощной и компактной, исследователи показывают, как ее можно использовать для подавления помех на ранних этапах цепи приемника.

Их приемник может блокировать в четыре раза больше помех, чем некоторые аналогичные устройства. Кроме того, компоненты блокировки помех можно включать и выключать по мере необходимости для экономии энергии.

В мобильном телефоне такой приемник может помочь смягчить проблемы с качеством сигнала, которые могут привести к медленной и прерывистой работе Zoom-звонков или потоковой передачи видео.

«В диапазонах частот, которые мы пытаемся использовать для новых систем 5G и 6G, уже происходит активное использование. Поэтому все новое, что мы пытаемся добавить, уже должно иметь установленные системы подавления помех. Здесь мы показали что использование невзаимного фазовращателя в этой новой архитектуре дает нам лучшую производительность.

«Это весьма существенно, особенно с учетом того, что мы используем ту же интегрированную платформу, что и все остальные», — говорит Негар Рейскаримян, доцент кафедры развития карьеры консорциума X-Window на кафедре электротехники и компьютерных наук (EECS), член Лабораторий микросистемных технологий и Научно-исследовательской лаборатории электроники (RLE), а также старший автор статьи об этом приемнике.

Рейскаримян написал статью совместно с аспирантами EECS Шахабеддином Мохином, ведущим автором, Сорушом Араи и Мохаммадом Барзгари, постдоком RLE. Работа недавно была представлена ​​на симпозиуме IEEE по радиочастотным схемам и получила награду за лучшую студенческую работу.

Блокировка помех

Цифровые системы MIMO имеют аналоговую и цифровую часть. Аналоговая часть использует антенны для приема сигналов, которые усиливаются, преобразуются с понижением частоты и проходят через аналого-цифровой преобразователь перед обработкой в ​​цифровой области устройства. В этом случае для получения желаемого сигнала требуется цифровое формирование луча.

Но если сильный мешающий сигнал, идущий с другого направления, попадает в приемник одновременно с полезным сигналом, он может насытить усилитель, так что полезный сигнал будет заглушен. Цифровые MIMO могут фильтровать нежелательные сигналы, но эта фильтрация происходит позже в цепочке приемника. Если помехи усиливаются вместе с полезным сигналом, их сложнее отфильтровать позже.

«Выход исходного малошумящего усилителя — это первое место, где можно выполнить эту фильтрацию с минимальными потерями, и именно это мы и делаем в нашем подходе», — говорит Рейскаримян.

Исследователи построили и установили четыре невзаимных фазовращателя сразу на выходе первого усилителя в каждой цепочке приемников, подключенных к одному и тому же узлу. Эти фазовращатели могут передавать сигнал в обоих направлениях и определять угол входящего мешающего сигнала. Устройства могут регулировать свою фазу до тех пор, пока не будут устранены помехи.

Фазу этих устройств можно точно настроить, чтобы они могли обнаруживать и подавлять нежелательный сигнал до того, как он пройдет к остальной части приемника, блокируя помехи до того, как они повлияют на другие части приемника. Кроме того, фазовращатели могут следовать сигналам, чтобы продолжать блокировать помехи, если они меняют местоположение.

«Если вы начнете отключаться или качество вашего сигнала ухудшится, вы можете включить это и уменьшить эти помехи на лету. Поскольку наш подход — параллельный, вы можете включать и выключать его с минимальным влиянием на производительность самого приемника. », — добавляет Рейскаримян.

Компактное устройство

Помимо того, что новая архитектура фазовращателя стала настраиваемой, исследователи спроектировали ее так, чтобы она занимала меньше места на кристалле и потребляла меньше энергии, чем типичные невзаимные фазовращатели.

После того, как исследователи провели анализ, чтобы показать, что их идея будет работать, их самой большой проблемой стало воплощение теории в схему, которая достигла бы их целей производительности. В то же время приемник должен был соответствовать строгим ограничениям по размеру и ограниченному бюджету мощности, иначе он не был бы полезен в реальных устройствах.

В конце концов, команда продемонстрировала компактную архитектуру MIMO на чипе площадью 3,2 квадратных миллиметра, которая могла блокировать сигналы, которые были в четыре раза сильнее, чем те, которые могли обработать другие устройства. Их архитектура фазовращателя проще, чем типичные конструкции, а также более энергоэффективна.

В дальнейшем исследователи хотят масштабировать свое устройство до более крупных систем, а также позволить ему работать в новых диапазонах частот, используемых беспроводными устройствами 6G. Эти диапазоны частот подвержены мощным помехам от спутников. Кроме того, они хотели бы адаптировать невзаимные фазовращатели к другим приложениям.

Беспроводной приемник блокирует помехи для повышения производительности мобильного устройства



Новости партнеров