新的评估方法可帮助提升5G网络容量并降低成本

（文章来源：教育新闻网）

美国国家标准技术研究院(NIST)的研究人员已经开发出一种方法，用于评估和选择适用于未来的第五代(5G)手机，其他无线设备和基站的最佳天线设计。新的NIST方法可以提高5G无线网络容量并降低成本。

5G系统将通过使用更高的毫米波频段来避免拥挤的常规无线信道。在这些频率下的传输沿途会损失大量能量，从而削弱了接收信号的强度。一种解决方案是“智能”天线，它可以形成异常狭窄的波束(即在空间中用于发送或接收信号的区域)，并可以迅速将它们定向到不同的方向。

天线波束宽度会影响无线系统的设计和性能。NIST的基于测量的新方法使系统设计人员和工程师可以评估实际环境中最合适的天线波束宽度。

NIST工程师Kate Remley说：“我们的新方法可以通过在初始网络设计中获得更大的成功，从而减少成本，从而消除了现在所需的许多反复试验。”“该方法还将促进新基站的使用，这些基站可以同时或快速连续传输给多个用户，而一个天线波束不会干扰另一个天线波束。这反过来将增加网络容量并以更高的可靠性降低成本。”

这是第一个基于测量的详细研究，研究天线波束宽度和方向如何与环境相互作用以影响毫米波信号传输。在该技术中，将覆盖广泛范围的天线波束角度的NIST测量转换为均等覆盖所有角度的全向天线方向图。然后可以将全向图案分割为越来越窄的波束宽度。用户可以评估和建模在特定类型的无线信道中预期的天线波束特性。

工程师可以使用该方法选择最适合特定应用的天线。例如，工程师可以选择一个足够窄的波束宽度，以避免某些表面的反射，或者允许多个天线在给定的环境中共存而不会受到干扰。

为了开发新方法，NIST团队使用装有自定义通道发声器和其他设备的特殊机器人，在NIST研究大楼的走廊和大厅中收集了实验数据。通道探测仪收集数据，以捕获在发射机和接收机之间发生的信号反射，衍射和散射。许多此类测量可用于创建无线电信道的统计表示，以支持可靠的系统设计和标准化。

NIST的研究结果证实，窄波束可以显着减少信号干扰和延迟，并且优化的波束方向可以减少传输过程中的能量损耗。例如，随着天线波束宽度从全向(360度)减小到狭窄的3度左右，信号反射到达的时间间隔(称为RMS延迟扩展的度量)从15纳秒(ns)急剧下降至约1.4 ns。叫做铅笔束。

未来的研究将包括将该方法扩展到不同的环境以及其他无线信道特性的分析。
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