실외 mm

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13945(2023) 이 기사 인용

402 액세스

측정항목 세부정보

적응형 아날로그 빔포밍은 위상배열 안테나(PAA)에서 방출되는 밀리미터파 무선 신호의 공간 제어를 가능하게 하는 핵심 기술로, 이는 미래 모바일 네트워크의 용량을 극대화하고 부족한 스펙트럼을 효율적으로 사용하는 데 필수적입니다. 반면, IFoF(Intermediate Frequency-over-Fiber)는 낮은 복잡성, 높은 광 스펙트럼 효율성 및 낮은 대기 시간으로 인해 밀리미터파(mm-wave) 모바일 프런트홀에 유망한 기술입니다. IFoF와 PAA의 결합은 확장 가능하고 중앙 집중적이며 효율적이고 안정적인 방식으로 mm-wave 모바일 통신을 구현하는 데 핵심입니다. 이 작업은 저자가 아는 한 처음으로 송신기 및 수신기 측에서 적응형 빔포밍이 가능한 PAA를 사용하여 실험적인 IFoF mm-wave 무선 설정을 평가하는 광범위한 실외 측정 캠페인을 제시합니다. 실험 설정의 구성은 5G 표준에 따라 n258 대역의 27GHz 중심 주파수에서 무선으로 신호를 전송합니다. 사용된 PAA는 8x8 패치 안테나 어레이로 구성되어 방위각 및 고도각에서 빔 조정이 가능합니다. 또한 다양한 최종 사용자 위치, 안테나 구성 및 무선 시나리오를 실외 실험에서 테스트하여 탁월한 EVM 성능을 보여주고 최대 1.88Gbit/s에서 최대 165.5m에 걸쳐 64-QAM 전송을 달성했습니다. 실험 결과를 통해 다양한 시나리오에 대한 실험 설정을 최적화하고 다양한 무선 조건에서 시스템의 신뢰성을 입증했습니다. 또한, 이 작업의 결과는 미래 5G/6G 구조의 일부가 될 PAA와 결합된 IFoF의 실행 가능성과 잠재력을 입증합니다.

지난 몇 년 동안 모바일 데이터 트래픽이 급격히 증가함에 따라 특히 증강 현실(AR), 가상 현실(VR), 4K/8K 비디오 스트리밍과 같은 새로운 애플리케이션 및 서비스의 출현으로 인해 네트워크 인프라의 대대적인 업그레이드 및 개선이 필요합니다. , 자율주행, 인더스트리 4.0, 사물인터넷(IoT)1. 5세대(5G) 모바일 네트워크와 그 후속 6G는 이러한 애플리케이션에 적절한 QoE(경험 품질)와 서비스 품질(QoS)을 제공하는 것을 목표로 합니다. 이를 달성하기 위해 5G 표준은 대기 시간, 연결된 장치 수, 데이터 속도, 에너지 효율성, 이동성 및 용량 측면에서 일련의 요구 사항을 지정합니다2. 데이터 속도를 높이는 것은 미래 5G/6G 시스템의 주요 목표 중 하나입니다. 이를 실현하려면 더 높은 주파수 대역으로 이동해야 합니다. 광무선통신은 활용 가능한 방대한 양의 대역폭을 제공합니다. 그러나 광무선 통신은 낮은 신뢰성, 작은 적용 범위, 낮은 감도를 제공하므로 실외 모바일 시나리오에 적합하지 않습니다3. 이와 대조적으로 밀리미터파(mm-wave) 무선 통신은 광학적 접근 방식의 단점을 극복하여 상당한 양의 가용 스펙트럼을 사용할 수 있습니다. mm-wave 무선 통신의 가장 중요한 과제 중 하나는 FSPL(자유 공간 경로 손실) 증가, 대기 감쇠 및 침투 손실로 인한 전력 제한입니다4.

빔포밍은 밀리미터파 무선 통신5에서 높은 경로 손실로 인한 전력 제한을 완화하고 신호에 대한 공간 제어를 활성화하여 간섭을 최소화하고 주파수 재사용을 늘리는 핵심 방법입니다. 디지털 빔포밍은 저대역폭 7GHz 미만 시스템에 가장 일반적으로 적용되지만, 각 안테나 요소마다 전체 RF 체인, 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 디지털-아날로그 변환기(DAC)가 필요합니다. 특히 mm-wave 대규모 MIMO(다중 입력 및 다중 출력) 애플리케이션의 경우 비용, 복잡성 및 전력 소비 측면에서 확장성이 떨어집니다. 결과적으로 아날로그 및 하이브리드 빔포밍 기술은 mm-wave 모바일 통신 배포를 가능하게 합니다. 필요한 ADC 및 DAC 수가 줄어들기 때문에 효과적이고 확장 가능한 방식으로 사용됩니다. 특히 위상 배열 안테나(PAA)는 빠르고 유연한 빔 조정 기능을 제공하는 가장 유망한 아날로그 빔포밍 구현 중 하나입니다7, 8.