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增强未来5G蜂窝网络的性能

社会严重依赖无线通信。许多人可以使用至少一部手机。实际上,使用的手机数量超过了地球上目前的人口。预测表明,在五年内,将有超过40亿个附加设备连接到蜂窝网络。结果,数据流量将增长,从而导致当前4G网络的拥塞。为了缓解此问题,世界正在转向第五代(5G)移动通信,但这将需要对天线系统进行重大更改。电气工程师和博士候选人Teun van den Biggelaar开发了一种基于相控阵方法的天线系统,该系统可以在5G网络上进行可靠的通信。Teun获得博士学位 将于11月11日在TU / e取得优等生。

最近几个月,您很有可能听说过5G一词,它与我们未来通信网络的发展有关。但是5G到底是什么?

“以前的蜂窝网络是'一个万能的解决方案。5G是移动通信行业的一种范式转变,因为不同的频段可以用于不同的应用。在欧洲,这些频段大约为700 MHz,3.5 GHz和26 GHz。” Van den Biggelaar说道。“每个频段都有其自身的功能和含义。在Bart Smolders教授领导的TU / e电磁学小组中,我们专注于26 GHz频段的5G网络,通常称为5G毫米波(mm-wave)频段。 ”

这个毫米波频段提供了很大的带宽,并允许很高的数据速率。与4G相比,数据速率可以提高10到100倍。

降低5G的通讯范围

利用5G毫米波频段需要付出一定的代价:5G毫米波频率的通信范围大大低于4G频率,因为5G毫米波频率更容易被树木和建筑物等物体阻挡。通信范围的减小可以通过安装更多的基站来解决,与4G网络中使用的小区相比,这将允许在5G毫米波网络中使用较小的小区。补偿这些损耗的另一种措施是通过使用相控阵系统来增加天线系统的所谓增益。

开发5G相控阵系统

4G系统中使用的典型天线具有相对较低的增益,这意味着其辐射不会集中在一个特定方向上。如果在天线阵列中使用多个天线,则会产生干涉图,然后可以将辐射集中在一个方向上。这导致系统具有更大的天线增益,从而克服了与5G毫米波段相关的增加的损耗。通过以一种智能的方式调节到每个天线元件的信号,甚至可以改变辐射方向,并可以用来跟踪移动的用户。

这种相控阵系统最有可能在5G蜂窝网络中使用。对于他的博士学位 范登·比吉拉尔(Van den Biggelaar)与奈梅亨(Nijmegen)的恩智浦半导体(NXP Semiconductors)合作开发了5G天线系统。

天线系统的特性

Van den Biggelaar指出:“确保天线系统符合标准开发组织和政府机构制定的法规,对于确保可靠的通信并减轻健康风险至关重要。” “因此,准确表征天线系统至关重要。”

常规4G基站中的天线和电子设备可以分别设计和表征。在5G毫米波频率下,这是不切实际的,因为单个天线元件非常小并且通常高度集成。Teun与美国国家标准技术研究院(NIST)合作,开发了准确表征5G毫米波(集成)天线的方法系统。这些方法导致更少的测量误差和不确定性,最终将提高未来5G蜂窝网络的可靠性。由于这些方法也适用于高频应用,因此Van den Biggelaar的工作也可以应用于6G移动通信。

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