增強未來5G蜂窩網絡的性能

社會嚴重依賴無線通信。許多人可以使用至少一部手機。實際上，使用的手機數量超過了地球上目前的人口。預測表明，在五年內，將有超過40億個附加設備連接到蜂窩網絡。結果，數據流量將增長，從而導致當前4G網絡的擁塞。為了緩解此問題，世界正在轉向第五代(5G)移動通信，但這將需要對天線系統進行重大更改。電氣工程師和博士候選人Teun van den Biggelaar開發了一種基于相控陣方法的天線系統，該系統可以在5G網絡上進行可靠的通信。Teun獲得博士學位 將于11月11日在TU / e取得優等生。

最近幾個月，您很有可能聽說過5G一詞，它與我們未來通信網絡的發展有關。但是5G到底是什么?

“以前的蜂窩網絡是'一個萬能的解決方案。5G是移動通信行業的一種范式轉變，因為不同的頻段可以用于不同的應用。在歐洲，這些頻段大約為700 MHz，3.5 GHz和26 GHz。” Van den Biggelaar說道。“每個頻段都有其自身的功能和含義。在Bart Smolders教授領導的TU / e電磁學小組中，我們專注于26 GHz頻段的5G網絡，通常稱為5G毫米波(mm-wave)頻段。 ”

這個毫米波頻段提供了很大的帶寬，并允許很高的數據速率。與4G相比，數據速率可以提高10到100倍。

減少5G的通訊范圍

利用5G毫米波頻段需要付出一定的代價：5G毫米波頻率的通信范圍大大低于4G頻率，因為5G毫米波頻率更容易被樹木和建筑物等物體擋住。通信范圍的減小可以通過安裝更多的基站來解決，與4G網絡中使用的小區相比，這將允許在5G毫米波網絡中使用較小的小區。補償這些損耗的另一種措施是通過使用相控陣系統來增加天線系統的所謂增益。

開發5G相控陣系統

4G系統中使用的典型天線具有相對較低的增益，這意味著其輻射不會集中在一個特定方向上。如果在天線陣列中使用多個天線，則會產生干涉圖，然后可以將輻射集中在一個方向上。這導致系統具有更大的天線增益，從而克服了與5G毫米波段相關的增加的損耗。通過以一種智能的方式調節到每個天線元件的信號，甚至可以改變輻射方向，并可以用來跟蹤移動的用戶。

這種相控陣系統最有可能在5G蜂窩網絡中使用。對于他的博士學位 范登·比吉拉爾(Van den Biggelaar)與奈梅亨(Nijmegen)的恩智浦半導體(NXP Semiconductors)合作開發了5G天線系統。

天線系統的特性

Van den Biggelaar指出：“確保天線系統符合標準開發組織和政府機構制定的法規，對于確保可靠的通信并減輕健康風險至關重要。” “因此，準確表征天線系統至關重要。”

常規4G基站中的天線和電子設備可以分別設計和表征。在5G毫米波頻率下，這是不切實際的，因為單個天線元件非常小并且通常高度集成。Teun與美國國家標準技術研究院(NIST)合作，開發了準確表征5G毫米波(集成)天線的方法系統。這些方法導致更少的測量誤差和不確定性，最終將提高未來5G蜂窩網絡的可靠性。由于這些方法也適用于高頻應用，因此Van den Biggelaar的工作也可以應用于6G移動通信。