5G通信的超高速下載速度依賴于驅(qū)動(dòng)傳輸?shù)母哳l。但最高頻率是有代價(jià)的。5G頻譜上端的頻率擁有最多的數(shù)據(jù)，對(duì)高分辨率增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)、視頻流、視頻會(huì)議以及擁擠城市地區(qū)的服務(wù)至關(guān)重要。但這些高端頻率很容易被墻壁、家具甚至人擋住。這一直是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)全部潛力的障礙。
由普林斯頓研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新設(shè)備，以幫助更高頻率的5G信號(hào)(稱為毫米波或mmWave)克服這一障礙。
該設(shè)備名為mmWall，大小與小型平板電腦差不多。它可以引導(dǎo)毫米波信號(hào)到達(dá)大房間的各個(gè)角落，并且當(dāng)安裝在窗戶上時(shí)，可以將室外發(fā)射器的信號(hào)帶到室內(nèi)。研究人員于4月19日在波士頓舉行的USENIX網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研討會(huì)上介紹了他們?cè)趍mWall方面的工作。
普林斯頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系博士生、該研究的主要作者Kun Woo Cho表示，雖然計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)通常在室內(nèi)連接到Wi-Fi以獲得最佳數(shù)據(jù)速度，但戶外5G基站有朝一日可以取代Wi-Fi系統(tǒng)，在室內(nèi)外提供高速連接，防止設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)之間切換時(shí)出現(xiàn)故障。她說，用mmWall等技術(shù)增強(qiáng)5G信號(hào)對(duì)這一更廣泛的應(yīng)用至關(guān)重要
mmWall是一個(gè)類似手風(fēng)琴的陣列，由76個(gè)垂直面板組成，可以反射和折射頻率高于24GHz(毫米波信號(hào)的下限)的無(wú)線電波。這些頻率可以提供比4G網(wǎng)絡(luò)最大容量大5到10倍的帶寬。該設(shè)備可以引導(dǎo)波束繞過障礙物，并有效地對(duì)準(zhǔn)發(fā)射器和接收器的波束以快速建立連接并保持無(wú)縫連接。
普林斯頓高級(jí)無(wú)線系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(PAWS)的計(jì)算機(jī)科學(xué)教授、資深研究作者Kyle Jamieson說：“這些更高頻率的無(wú)線傳輸更像光束，而不是全方位的廣播，因此很容易被人類和其他障礙物阻擋”。
mmWall表面是第一個(gè)能夠以反射角不等于入射角的方式反射這種傳輸?shù)谋砻妫荛_了經(jīng)典的物理定律。Jamieson說，該設(shè)備還可以“折射以不同角度到達(dá)表面一側(cè)的傳輸，并在微秒內(nèi)完全電子可重新配置，使其能夠跟上未來(lái)超快網(wǎng)絡(luò)的線路速率”。
mmWall的每個(gè)面板都有兩條蜿蜒的細(xì)銅線，兩側(cè)是一條由 28 個(gè)由較粗的線制成的虛線圓，它們構(gòu)成元原子——其幾何形狀旨在實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的電學(xué)和磁學(xué)特性的材料。向這些元原子施加受控電流可以改變與毫米墻表面相互作用的毫米波信號(hào)的行為——通過將信號(hào)的路徑移動(dòng)多達(dá)135度來(lái)動(dòng)態(tài)引導(dǎo)信號(hào)繞過障礙物。
研究人員說：“只需改變電壓，我們就可以調(diào)整相位，或者輸入和輸出無(wú)線電波之間的關(guān)系。我們基本上可以轉(zhuǎn)向任何角度進(jìn)行透射和反射。最先進(jìn)的表面通常只起反射作用或只起透射作用，但有了這個(gè)，我們可以在任意角度和高振幅下同時(shí)進(jìn)行?！?/p>
研究人員對(duì)元原子幾何形狀的不同參數(shù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，以得出銅元原子的最佳尺寸、形狀和排列以及它們之間的路徑，這些銅元原子是用標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板技術(shù)制造的，并安裝在3D打印的框架上。在設(shè)計(jì)mmWall時(shí)，該團(tuán)隊(duì)旨在使用盡可能小的元原子(每個(gè)元原子的直徑小于一毫米)，以優(yōu)化它們與毫米波的相互作用，并簡(jiǎn)化設(shè)備的制造，最大限度地減少銅的用量。mmWall的耗電量也僅為微瓦，比平均耗電量約6瓦的Wi-Fi路由器低約1000 倍。
研究人員在普林斯頓計(jì)算機(jī)科學(xué)大樓900平方英尺的實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試了mmWall傳輸和控制毫米波信號(hào)的能力。在房間內(nèi)安裝發(fā)射器后，mmWall改善了房間周圍幾乎所有23個(gè)測(cè)試點(diǎn)的信噪比。當(dāng)發(fā)射器被放置在室外時(shí)，mmWall再次增強(qiáng)了整個(gè)房間的信號(hào)，包括大約40%在沒有使用mmWall的情況下被完全阻擋的點(diǎn)。
這篇題為“毫米墻：NextG毫米波網(wǎng)絡(luò)的可操縱、透反超材料表面”的文章于4月19日在USENIX網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研討會(huì)上發(fā)表。除了Cho和Jamieson，作者還包括加州大學(xué)洛杉磯分校的Mohammad Mazaheri和Omid Abari，以及馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的Jeremy Gummeson。這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會(huì)、加拿大創(chuàng)新基金會(huì)和安大略省研究基金會(huì)的支持。
以上就是普林斯頓大學(xué)研發(fā)出5G信號(hào)增強(qiáng)設(shè)備的相關(guān)內(nèi)容。如果您對(duì)美國(guó)留學(xué)感興趣，歡迎您在線或者添加微信Tops6868咨詢托普仕留學(xué)老師。托普仕留學(xué)專注美國(guó)TOP30名校申請(qǐng)，采用5v1服務(wù)模式，21步精細(xì)服務(wù)流程，硬性四維標(biāo)準(zhǔn)+六維背景提升等留學(xué)服務(wù)體系，為學(xué)生申請(qǐng)美國(guó)名校提供保障。
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