加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程博士学生伊什·贾恩(Ish Jain)展示了他开发的新毫米波装置。该设置提高了毫米波信号的吞吐量和可靠性。信用:加州大学圣地亚哥分校今天的5G手机消费者可能经历了以下权衡之一:令人印象深刻的下载速度，覆盖范围极其有限和集中，或者覆盖范围广泛和可靠，速度不比今天的4G网络快多少。加州大学圣地亚哥分校电气工程师开发的一项新技术结合了两者的优点，可以同时实现超快速和可靠的5G连接。
该团队将在8月23日至27日在线举行的ACM SIGCOMM 2021会议上展示他们的工作。
该技术提供了一种解决方案，以克服让高频段5G对日常用户实用的障碍:被称为毫米波的快速无线信号无法传播很远，并且很容易被墙壁、人、树和其他障碍物阻挡。
今天的高频段5G系统通过在基站和接收器(例如用户的手机)之间发送一束类似激光的毫米波来传输数据。问题是，如果有什么东西或什么人挡住了光束的路径，那么连接就会被完全阻断。
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的电气和计算机工程教授迪内什·巴拉迪亚说:“依靠单一的光束会产生单一的故障点。”他是ACM SIGCOMM论文的资深作者。
两束比一束好
巴拉迪亚和他的团队是加州大学圣地亚哥分校无线通信中心的一员，他们想出了一个聪明的解决方案:将一束类似激光的毫米波光束分成多束类似激光的光束，并让每束光束从基站到接收器走不同的路径。这个想法是为了提高当障碍物挡道时，至少有一个波束到达接收器的机会。
多波束毫米波系统的实验装置。学分:加州大学圣地亚哥分校研究人员创建了一个能够做到这一点的系统，并在办公室和校园建筑外进行了测试。该系统提供100%可靠性的高吞吐量连接(高达800 Mbps)，这意味着当用户在桌子、墙壁和室外雕塑等障碍物周围移动时，信号不会下降或失去强度。在室外测试中，该系统提供了80米(262英尺)以外的连接。
为了创建他们的系统，研究人员开发了一套新的算法。一种算法首先指示基站将波束分成多条路径。这些路径中的一些从基站和接收器直接拍摄；有些路径采用间接路径，光束从所谓的反射器(环境中反射毫米波的表面，如玻璃、金属、混凝土或干墙)反射回来，到达接收器。然后，该算法学习给定环境中的最佳路径。然后，它优化每个波束的角度、相位和功率，以便当它们到达接收器时，它们建设性地结合起来，产生一个强有力的、高质量和高吞吐量的信号。
通过这种方法，更多的波束产生更强的信号。
巴拉迪亚说:“你会认为分裂光束会降低信号的吞吐量或质量。“但是通过我们设计算法的方式，从数学上证明了我们的多波束系统可以为您提供更高的吞吐量，同时传输的总功率与单波束系统相同。”
另一种算法是当一个用户四处移动时，当另一个用户挡路时，保持连接。当这些发生时，光束会错位。该算法通过持续跟踪用户的运动并重新排列所有波束参数来克服这个问题。
研究人员在实验室开发的尖端硬件上实现了他们的算法。“你不需要任何新的硬件来做这件事，”伊什·贾恩说，他是巴拉迪亚实验室的电气和计算机工程博士学生，也是这篇论文的第一作者。“我们的算法都符合当前的5G协议。”
硬件由一个小型基站和接收机组成。该基站配备了一个相控阵，该相控阵是在加州大学圣迪分校电气和计算机工程教授加布里埃尔·雷贝兹(Gabriel Rebeiz)的实验室开发的，他是5G和6G通信相控阵的专家，也是该大学无线通信中心的成员。
该团队现在正在努力扩展他们的系统，以适应多个用户。
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