Multi-Antenna Systems'e ve Isolation için gerekliliğe giriş

Multi-antenna sistemleri, çoklu giriş birden çok Çıkış (MIMO) konfigürasyonları olarak bilinen, modern kablosuz iletişimin arka kemiğini oluşturur, 4G LTE ve 5G NR'den Wi-Fi 6/6E ve ötesindeki birçok anteni kullanarak, hem de alıcı hem de alıcı arasında çok sayıda antenler kullanarak, bu müdahaleler, daha fazla spektrum veya güç gerektiren bir şekilde veri toplamalı. Ancak, bu kazanımlara sahip olmak için çok yüksek çözünürlükte olan potansiyel bir dönüşüme yol açmalı.

Bu makale, çok katmanlı sistemlerdeki anten müdahalesinin temel fiziklerini araştırıyor, kanıtlanmış izolasyon yöntemlerini tartışır ve sistem ölçümleri üzerinde etkisini tartışır ve gelecekte kablosuz ağlarda daha fazla izolasyonu sağlayan teknolojilere yol açar.

Multi-Antenna Sistemlerinde Interference

Karşılıklı Coupling ve onun Kökenleri

Birden çok uygulama aralığında antenler arasındaki etkileşim öncelikle var olan akantılardan oluşur:0)mutlu darbe[Dönetici: 1) – komşular arasındaki elektromanyetik etkileşim, antenlerin bağımsız olarak çalıştığını ve karşılıklı darbenin şiddetinin birkaç faktöre bağlı olduğunu varsayar:

  • [FONT:0] Inter-element spacing[[Dönetici: 1 ) – mesafe ile darbe gücü bozulmaları, ancak kompakt cihazlar (örneğin, eller, küçük hücreli temel istasyonlar) antenler genellikle yarım dalgadan daha az yerleştirilmelidir.
  • [FONT:0]Antenna türü - yazdırılmış, mikrostrip veya monopole antenleri geometri ve zemin düzlem etkileşimine dayanan farklı baskı davranışları sergilemektedir.
  • [FONT:0) Operasyon frekansı[[Dönetici: 1) Daha yüksek frekanslar, daha kısa dalgalar anlamına gelir, bu yüzden dalga boyun eğebilir, ancak fiziksel toleranslar daha sıkı hale gelir.
  • [FONT:0]Ground uçak ve şasi modları[[Dönetici] - birçok MIMO uygulamalarındaki paylaşılan zemin uçağı, özellikle de daha düşük mikrodalga frekanslarında darbe için ortak bir konduit olarak hareket edebilir.

Basit karşılıklı darbenin ötesinde, çok-antenna sistemleri birkaç müdahale biçimini yönetmek gerekir:

  • [FONT=0]Kendi-interference[[Dönetici:0)[Döneticileri ile aynı frekansın aynı anda aktarıldığı ve elde ettiği, aktarma ve alma işlemi arasındaki izolasyon, hassas alıcı düşük yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçlerden kaçınmak için önemlidir.
  • [FONT:0]Co-channel müdahalesi[[[Dönetici: 1) Çevredeki diğer vericilerden; sadece anten tasarımının işlevi olmasa da, fakir izolasyonu istenmeyen sinyallere daha duyarlı hale getirebilir.
  • [FONT:0]Near-field [Dönder] – anten dizisine yakın engeller ve dielektrik malzemeleri (örneğin, bir kullanıcının bir akıllı telefonda el) desen bozulması ve ek darbe yolları.

Sistem Performansı için Neden Kalan Maddeler

Yeterli anten izolasyonu nedeniyle meydana gelen performans bozulması birkaç değişken şekilde ortaya çıkmaktadır:

  • [FONT:0)Redüktör kanalı kapasitesi - karşılıklı darbe korelasyon MIMO alt kanallar arasında tanıtılır. alt kanallar yüksek derecede korelasyonlandığında, uzaysal çokluxing kazançları tek bir-antenna sisteminin kaybolduğu yaklaşımlar.
  • [FONT:0)Increased error vektör büyüklüğü (EVM))[değiştir | kaynağı değiştir], gürültü zeminini arttırmak ve alıcıların doğru şekilde kodlanması için daha zor hale getirmek.
  • [FONT:0)Yüksek çeşitlilik kazanır[[[Dönetici: 1) Çeşitlilik programlarında (örneğin, seçim veya maximal oranı birleştirin), darbe, fading zarflarının istatistiksel bağımsızlığını azaltır, çeşitliliğin daha düşük olmasını sağlar.
  • [FONT=0) Güç verimsizliği[[Dönetici:0)[Dönetici)[değiştir | kaynağı değiştir] - Bu aradaki gücün bir kısmı, tüm verimliliği ve artan termal yükü azaltmak yerine bitişik antenler tarafından absorbe edilebilir.

Anten izolasyonu için tipik tasarım hedefleri uygulama tarafından değişir: elet MIMO için, 10-15 dB izolasyonu genellikle kabul edilebilir olarak kabul edilir, temel istasyon dizileri veya tam donanımlı radyolar için, izolasyon gereksinimleri 50 dB'yi aşabilir.

Anahtar Anten İşleme Teknikleri

Fiziksel Ayrılık ve Spasal Çeşitlilik

Karşılıklı darbeyi azaltmak için en basit yol, anten elemanları arasındaki fiziksel mesafeyi artırmaktır. Serbest alanda ilgili olmayan işaretler için, izolasyon yaklaşık olarak on yıl boyunca 20 dB (işte ortalama) artış hızına sahiptir.Örneğin, 5G büyük bir MIMO serisi, 60 cm'lik bir panelde yapılandırılan bir panelde, element spacing genellikle ameliyat frekansında 0,5'e kadar izolasyonu artırmak için seçilir.

Shielding ve Absorber Malzemeler

Antenler arasında yerleştirilen metal koruyucular yakın yere darbe yapabilir. Basit bir dikey yürütme duvarı (genellikle bir fin veya çit olarak adlandırılır) iki basılı antenler arasında 5-10 dB izolasyonu ekleyebilir.Daha gelişmiş yaklaşımlar kullanım kolaylığı sağlar.0.Mutfaktör bandgap (EBG) yapılar).

Yönel Antenler ve Kiriş

Yüksek doğrudanliğe sahip antenler doğal olarak, serinin tam tersine yanlarına dökülen enerjiyi azaltabilir.In staged arrays, theETHFLT:0) ve element kalıpları etkileşim; eğer bireysel elementler, serinin tam tersi yönleriyle ilgili elementler arasındaki karşılıklı darbeler önemli ölçüde daha düşük olabilir. Örneğin, yüksek bir arka planlı sinyallerle yamalar elde etmek için tasarlanmıştır.

Dağıtım Ağları ve Dekoupling Devreleri

Devre seviyesinde, mühendisler, çift sinyalin iptal edilmesi için anten limanları arasında pasif ağ ekleyebilirler. Klasik bir teknik, [[Dönetici ağları ) - bir sinyalin bir kısmını 180° fazına kadar besleyen bir kanalla yeniden yazdırmak için tasarlanmıştır, böylece parasitik darbe ile ilgili olarak kullanılan yüksek çözünürlükte akışlar ile birlikte kullanılabilir.

Polarizasyon Çeşitliliği

Orthogonal kutuplaşma devletler doğal olarak düşük karşılıklı darbeler sergiliyor. perpendicular lineer kutupizasyonlarla (örneğin, dikey ve yatay) veya tam tersi kutuplaşmalar (sağ el ve sol el), sistem genellikle 20-35 dB izolasyon kanalları ile bir araya gelebilir, aynı fiziksel ayak izi önemli ölçüde basitleştirirken, MIMO kapasitelerini de geliştirir.

Tanımlanmış Ground Structures (DGS) ve Metamatery-Based Approaches

Daha egzotik yöntemler, mevcut dağıtım ve baskı-yoğun-saçlama yapılarını değiştirmek gibi, yüzeysel rezonans ve rezonasyonları değiştirmek için kullanılan 10-20 dB izolasyonu mikrosifikasyon hatlarıyla ortaya çıkar.

Sistem Performansı Üzerine Etkisi: Quantitative Perspektif

izolasyon tekniklerinin etkinliği, en sonunda bir MIMO bağlantının anahtar performans göstergeleri üzerindeki etkisi ile ölçülmektedir. izolasyon, kapasite ve bağlantı kalitesi arasındaki ilişkiyi inceleyelim.

Kanal Kapasitesi ve izolasyon

Darband MIMO kanalında, achievable kapasite (bits/s/Hz) Shannon-inspired formülü tarafından uzaysal çokluxing için verilir:

[FONT=0)[0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|)|0|0|0|0|I + [) [D][/N)

[FONT:0]H[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

In OFDM based systems (LTE, 5G NR, Wi-Fi), hata vektör büyüklüğü (EVM), gürültü ve bozulma. Isolation improves directly lower the response component. For a 64-QAM modulation (commonly used in 5G and Wi-Fi 6), sadece birkaç tane EVM bozulmanın gerekli modülasyon ve kodlamanın altındaki bağlantının 1'i doğrudan yükselterek (MCS) eşiğine dönüştürdüğü gibi, retransmisyonlar.

Pratik Tasarım

Mühendisler, pratik kısıtlamalara karşı her izolasyon tekniğinin faydalarını tartmalıdır:

  • [FONT:0)Size ve form faktörü[[[DÜT:1) – fiziksel olarak büyük dekoupling yapılar (örneğin, kalkan duvarları) genellikle taşınabilir cihazlarda kullanılabilir. Neutralizasyon hatları ve DGS daha kompakttır.
  • [FONT:0]Band genişlik[[[Dönetici:0)[[Dönetici:0)))[[tr|Döneticileri, çok sayıda pasif bölme veya tunable bileşene ihtiyaç duyulabilir.
  • [FONT=0]Complexity ve maliyet - dijital izolasyon teknikleri ek RF zincirlerini ve işleme gücünü gerektirir. Maliyete duyarlı tüketici cihazları, analog pasif yöntemler tercih edilir.
  • [FONT:0)Mutual coupling vs. radyasyon verimliliği) – bazı koruyucu veya absorber yöntemleri, enerji tuzaklarının genel radyasyon verimliliğini azaltabilir.

Trendler ve Gelecek Yolları

Yeniden yapılandırılabilir Akıllı Yüzeyler (RIS) ve Metasurfaces

Güvenilir akıllı yüzeyler (RIS) - aynı zamanda büyük akıllı yüzeyler (LIS) olarak da adlandırılır - kaynağın karşılıklı darbesini iptal eden kontrollü bir plan dizisine yakın olarak yerleştirilir. erken araştırma (örneğin, MIMO Decouplinglingling için doğrudan bir decoupling tekniği olarak).

A Adapt Decoupling için Makine Öğrenme

Makine öğrenme algoritmaları - özellikle derin takviye öğrenme (DRL) - yakın çevrede dinamik olarak ayarlı devreleri gerçek zamanlı olarak takip ediyor. Örneğin, DRL ajanı, sürekli rekalasyon talep eden değişken bir devredetme işlemini ayarlayabiliyor.[DRL) tr|kullanıcı ayarlı devreler, yakın yerdeki ortam olarak optimize etmek için, özellikle de mm-yoğuk diziler için umut vericidir.

Gelişmiş malzemeler ve Entegrasyon

Yeni dielektrik malzemeleri, uygun fiyatlı beton ve kaybolup kaybolup, betonarme ve yağdırma ile ilgili olarak kullanılabilir.[Düzücükler ve s.)[Düzücükler ve s.)[Düzücükler (LTCC)[D)[D)[D))[Düzücü yapıların entegrasyonu doğrudan yüksek hassasiyetle substratlara izin verir.

Standartlaştırma ve Düzenleme

spektrum kullanımı yoğun ve daha heterojen hale gelir (örneğin, önümüzdeki 6G standardına sahip olmayan 6 GHz bandı) halihazırda alt-çiz (grup-çevreli) frekansları ve son derece büyük MIMO (düşükümlü) devre dışı bırakmak, gelecekteki 6G standart (yaklaşık 2030'da yapılan) mevcut uygulamadaki devrimci izolasyon tekniklerini karşılamak için önemli bir olanak sağlayacaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Anten izolasyonu çok basit bir şekilde lüks değildir; her yöntem, MIMO teorisi tarafından verilen teorik performansa ulaşmanın temel bir şartıdır. Basit fiziksel ayrılıktan sofistike metamalzemele ve adaptif dijital iptale, araç kutusu, izolasyon tekniklerinin kendi setleriyle birlikte devam eder.

İleriye bakıldığında, bu teknikleri ustalayan mühendisler ve araştırmacılar, günümüzde sağlam izolasyon tasarımına yatırım yaparak, yarın yüksek performansa adapte olabilecek dinamik izolasyon sistemleri tedarik edeceklerdir.