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無(wú)線(xiàn)接收器可阻擋干擾提高移動(dòng)設備性能

導讀 從 5G 手機到自動(dòng)駕駛汽車(chē)傳感器,高速無(wú)線(xiàn)通信設備日益普及,導致無(wú)線(xiàn)電波越來(lái)越擁擠。這使得屏蔽可能影響設備性能的干擾信號的能力變得...

從 5G 手機到自動(dòng)駕駛汽車(chē)傳感器,高速無(wú)線(xiàn)通信設備日益普及,導致無(wú)線(xiàn)電波越來(lái)越擁擠。這使得屏蔽可能影響設備性能的干擾信號的能力變得更加重要,也更具挑戰性。

考慮到這些和其他新興應用,麻省理工學(xué)院的研究人員展示了一種新的毫米波多輸入多輸出 (MIMO) 無(wú)線(xiàn)接收器架構,它可以處理比以前的設計更強的空間干擾。MIMO 系統有多個(gè)天線(xiàn),使它們能夠從不同方向發(fā)送和接收信號。它們的無(wú)線(xiàn)接收器可以在不需要的信號被放大之前盡早感知并阻止空間干擾,從而提高性能。

這種 MIMO 接收器架構的關(guān)鍵是一種可以瞄準和消除無(wú)用信號的特殊電路,稱(chēng)為非互易移相器。通過(guò)制作一種可重構、低功耗且緊湊的新型移相器結構,研究人員展示了如何使用它在接收器鏈的早期消除干擾。

他們的接收器可以阻擋高達一些類(lèi)似設備的四倍的干擾。此外,可以根據需要打開(kāi)和關(guān)閉干擾阻擋組件以節省能源。

在手機中,這樣的接收器可以幫助緩解可能導致 Zoom 通話(huà)或視頻流緩慢且不流暢的信號質(zhì)量問(wèn)題。

“我們試圖用于新 5G 和 6G 系統的頻率范圍已經(jīng)得到了廣泛的利用。因此,我們試圖添加的任何新東西都應該已經(jīng)安裝了這些干擾緩解系統。在這里,我們已經(jīng)證明,在這種新架構中使用非互易移相器可以提高性能。

“這非常有意義,特別是因為我們和其他人使用相同的集成平臺,”電氣工程和計算機科學(xué)系(EECS)X-Window 聯(lián)盟職業(yè)發(fā)展助理教授、微系統技術(shù)實(shí)驗室和電子研究實(shí)驗室(RLE)成員、這款接收器論文的資深作者 Negar Reiskarimian 說(shuō)道。

Reiskarimian 與 EECS 研究生 Shahabeddin Mohin(第一作者)、Soroush Araei 和 RLE 博士后 Mohammad Barzgari 共同撰寫(xiě)了這篇論文。該論文最近在IEEE 射頻電路研討會(huì )上發(fā)表,并獲得了最佳學(xué)生論文獎。

阻斷干擾

數字 MIMO 系統包含模擬和數字部分。模擬部分使用天線(xiàn)接收信號,信號經(jīng)過(guò)放大、下變頻,并通過(guò)模數轉換器,然后在設備的數字域中進(jìn)行處理。在這種情況下,需要數字波束成形來(lái)檢索所需信號。

但是,如果來(lái)自不同方向的強干擾信號與有用信號同時(shí)到達接收器,它會(huì )使放大器飽和,從而淹沒(méi)有用信號。數字 MIMO 可以濾除無(wú)用信號,但這種濾除發(fā)生在接收器鏈的后期。如果干擾與有用信號一起被放大,則后期濾除會(huì )更加困難。

Reiskarimian 表示:“初始低噪聲放大器的輸出是我們能夠以最小代價(jià)進(jìn)行濾波的第一個(gè)地方,這正是我們采用的方法。”

研究人員在每個(gè)接收器鏈中第一個(gè)放大器的輸出端直接構建并安裝了四個(gè)非互易移相器,它們都連接到同一個(gè)節點(diǎn)。這些移相器可以雙向傳遞信號,并感應傳入干擾信號的角度。這些設備可以調整相位,直到消除干擾。

這些設備的相位可以精確調整,因此它們可以在干擾信號傳遞到接收器的其余部分之前感知并消除干擾信號,從而在干擾信號影響接收器的任何其他部分之前將其阻止。此外,如果干擾信號改變位置,移相器可以跟蹤信號以繼續阻止干擾。

“如果您開(kāi)始斷線(xiàn)或信號質(zhì)量下降,您可以打開(kāi)它并即時(shí)緩解干擾。因為我們采用的是并行方法,所以您可以打開(kāi)和關(guān)閉它,而對接收器本身的性能影響最小,”Reiskarimian 補充道。

緊湊型設備

除了使其新穎的移相器架構可調之外,研究人員還設計它們以比典型的非互易移相器占用更少的芯片空間并消耗更少的功耗。

一旦研究人員完成分析并證明他們的想法可行,他們面臨的最大挑戰就是將理論轉化為實(shí)現其性能目標的電路。與此同時(shí),接收器必須滿(mǎn)足嚴格的尺寸限制和嚴格的功率預算,否則它在現實(shí)世界的設備中就無(wú)法使用。

最終,該團隊在一塊 3.2 平方毫米的芯片上展示了一種緊湊型 MIMO 架構,該架構可以阻擋比其他設備處理能力強四倍的信號。與典型設計相比,他們的移相器架構更簡(jiǎn)單,也更節能。

展望未來(lái),研究人員希望將他們的設備擴展到更大的系統,并使其能夠在 6G 無(wú)線(xiàn)設備使用的新頻率范圍內運行。這些頻率范圍容易受到衛星的強烈干擾。此外,他們還希望將非互易移相器應用于其他應用。

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