Exterior mm

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13945 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A formação de feixe analógico adaptativo é uma tecnologia chave para permitir o controle espacial de sinais sem fio de ondas milimétricas irradiados de antenas phased array (PAAs), o que é essencial para maximizar a capacidade de futuras redes móveis e garantir o uso eficiente do espectro escasso. A frequência intermediária sobre fibra (IFoF), por outro lado, é uma tecnologia promissora para o fronthaul móvel de ondas milimétricas (ondas mm) devido à sua baixa complexidade, alta eficiência espectral óptica e baixa latência. A combinação de IFoF e PAA é fundamental para implementar comunicações móveis de ondas mm de forma escalonável, centralizada, eficiente e confiável. Este trabalho apresenta, pela primeira vez, até onde sabemos, uma extensa campanha de medição externa onde uma configuração experimental sem fio de ondas mm IFoF é avaliada usando PAAs com formação de feixe adaptativa nos lados do transmissor e do receptor. A configuração do setup experimental está de acordo com os padrões 5G, transmitindo sinais sem fio na frequência central de 27 GHz na banda n258. Os PAAs empregados são compostos por arranjos de antenas patch 8 por 8, permitindo o direcionamento do feixe nos ângulos de azimute e elevação. Além disso, diferentes locais de usuários finais, configurações de antena e cenários sem fio são testados no experimento externo, mostrando excelente desempenho de EVM e alcançando transmissão de 64-QAM em até 165,5 m a até 1,88 Gbit/s. Os resultados experimentais permitem a otimização da configuração experimental para diferentes cenários e comprovam a confiabilidade do sistema em diferentes condições sem fio. Além disso, os resultados deste trabalho comprovam a viabilidade e o potencial do IFoF combinado com o PAA para fazer parte da futura estrutura 5G/6G.

O crescimento dramático do tráfego de dados móveis nos últimos anos exige uma grande atualização e melhoria da infraestrutura de rede, especialmente com o surgimento de novas aplicações e serviços como realidade aumentada (AR), realidade virtual (VR), streaming de vídeo 4K/8K , direção autônoma, Indústria 4.0 e Internet das Coisas (IoT)1. A quinta geração (5G) de redes móveis e seu sucessor 6G visam fornecer uma qualidade de experiência (QoE) e qualidade de serviço (QoS) adequadas para tais aplicações. Para conseguir isso, os padrões 5G especificam um conjunto de requisitos em termos de latência, número de dispositivos conectados, taxa de dados, eficiência energética, mobilidade e capacidade2. Aumentar a taxa de dados é um dos principais objetivos dos futuros sistemas 5G/6G. Para perceber isso, é necessário avançar para bandas de frequência mais altas. As comunicações ópticas sem fio fornecem uma grande quantidade de largura de banda disponível para exploração. No entanto, as comunicações ópticas sem fio oferecem baixa confiabilidade, pequenas áreas de cobertura e baixa sensibilidade, tornando-as inadequadas para cenários móveis externos3. Em contraste, as comunicações sem fio de ondas milimétricas (ondas mm) superam as desvantagens da abordagem óptica, permitindo o uso de quantidades significativas de espectro disponível. Um dos desafios mais importantes nas comunicações sem fio de ondas mm é a limitação de energia devido ao aumento da perda de caminho no espaço livre (FSPL), atenuação atmosférica e perdas de penetração4.

Beamforming é um método chave para aliviar as limitações de energia devido à alta perda de caminho em comunicações sem fio de ondas mm5 e para permitir o controle espacial sobre o sinal, minimizando a interferência e permitindo maior reutilização de frequência. Embora a formação de feixe digital seja mais comumente aplicada em sistemas de baixa largura de banda abaixo de 7 GHz, ela requer uma cadeia de RF completa, conversores analógico-digitais (ADCs) e conversores digital-analógico (DACs) para cada elemento da antena, tornando-o escala fracamente em termos de custo, complexidade e consumo de energia, especialmente para aplicações massivas de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) de ondas mm5, 6. Como consequência, as tecnologias de formação de feixe analógicas e híbridas permitem a implantação de comunicações móveis de ondas mm de forma eficaz e escalável, uma vez que reduzem o número de ADCs e DACs necessários. Em particular, as antenas phased array (PAAs) são uma das implementações de formação de feixe analógica mais promissoras, proporcionando capacidades de direção de feixe rápidas e flexíveis7, 8.