La gestió del feix, és una característica definidora de les comunicacions mmWave la qual, comporta feixos molt selectius o direccionals i gestionables en els escenaris d'un sol usuari i tabé, multi-usuari.
Aquesta gestió del feix, juguarà un paper crucial en el futur dels dissenys de les xarxes 5G. Així mateix, el llançament del 3GPP-16, examina el rendiment del món real d’antenes basat en matriu en fase en el context de la gestió de feixos.
Els sistemes mmWave amb un gran nombre d'antenes, permeten patrons estrets de feixos i això fa que el rendiment de l'antena i les característiques del feix siguin considerables importants en l'elecció dels algorismes per a la gestió de feixos.
 |
| Figura 1: Els blocs fonamentals fonamentals del sistema de comunicació mmWave que sovint utilitzen múltiples feixos per reforçar la capacitat de ràdio. Font: National Instruments |
Començant amb els fonaments bàsics de la formulació dels feixos: El format de guia d'ona tradicional analògic, crea un sol feix aplicant un retard de fase o retard de temps a cada element de l'antena. llavors, per a diversos feixos simultanis, els dissenyadors han d'utilitzar un retard de fase per a cada senyal entrant i després afegir el feix.
D'altra banda, en un format de raig complet digital, cada antena envia un canal de banda base analògic dedicat, que, al seu torn, necessita d'un transceptor digital per a cada antena. Això implica més cost i més consum d'energia.
Per què un funcionament híbrid?
La formulació híbrida,combina el format de guia d'ona analògic amb la precodificació digital per formar de forma intel·ligent els patrons transmesos des d'una gran matriu d'antenes (figura 2), i s'utilitza la mateixa tècnica a l'extrem de la recepció per crear el patró de receptor desitjat.
 |
Figura 2: Una visió de l'estructura híbrida per a la transmissió de mmWave Font: Porta d’investigació
|
Els transceptors híbrids utilitzen una combinació de generadors de raigs analògics en els formats de raig digital i RF en els dominis de banda base, respectivament, i això comporta menys cadenes de RF en comparació amb el nombre d’elements de transmissió. Dit d'una altra manera, una arquitectura que es reparteix adequadament entre els dominis analògic i digital.
El fet que la formulació de raigs híbrids utilitzi un nombre menor de cadenes de RF, que per contra tenen un gran consum d’energia, permet als dissenyadors utilitzar un nombre més gran d’elements de matriu d’antenes alhora que redueix el consum d’energia i la complexitat del disseny del sistema.
Tanmateix, la formulació híbrida ha d’incloure els pesos de precodificació i els canvis de fase de RF per assolir l’objectiu de millorar la connexió virtual entre l’estació base i l’equip d’usuari (UE). A més, el disseny del precoder ordena càlculs massius com la descomposició de valor singular (SVD) del canal.
En aquest cas, un algorisme de baixa complexitat de precodificació híbrida utilitzat per a operacions de ràdio, utilitza vectors de resposta del canal de matriu . L’algoritme aplica un conjunt de vectors de resposta de matriu que s’utilitzen per formar el canal, de manera que no cal fer operacions complicades utilitzades en els algorismes tradicionals de precodificació.
Els algorismes de feix de barres també són crítics en la selecció òptima dels conjunts dels feixos basats en la capacitat i en la detecció de la presència d’interferències i sorolls desconeguts. A més, faciliten un rendiment més elevat superant problemes com el bloqueig dels feixos aleatoris i la desalineació .
mmWave Beamsteering Algorithms
En les comunicacions mmWave de gran velocitat amb matrius d’antenes grans, cal estimar freqüentment els canals perquè les condicions del canal varien ràpidament. Una part vital de l'estimació del canal es relaciona amb una cerca de feixos eficient per tal de permetre més temps per a la transmissió de dades.
A continuació, hi ha la selecció de diversos raigs, un element crucial en els sistemes de deformació de feixos híbrids per a canals selectius de freqüència. L’impacte de la interferència en la capacitat de la xarxa a causa dels feixos molt estrets, també suposa seriosos reptes. Per tant, és imprescindible que els dissenyadors examinin acuradament la capacitat de la xarxa tant des de la capacitat dels nodes com de la mida de l'antena.
Aquí, a diferència del plantejament basat en assaig i error, requereix temps i no s’adapta fàcilment al canvi, els algorismes de suport, ajuden els enginyers a comprendre les restriccions del disseny i a tenir-ne compte en el procés d’optimització, que faciliten una mitjana aritmètica dels rendiments del senyal, la qual, al seu torn, refina amb menors efectes del soroll i proporcionen informació de retard multitrajecte més precís.
Aquestes observacions, per exemple, pel que fa a índexs de retard multiples estimats, són crucials en la selecció dels feixos analògics. Els algorismes de feines de feines també juguen un paper fonamental en el control de fases i la posada a punt de feixos. Analitzen la complexitat computacional i comparen resultats numèrics per proporcionar la millor propagació i recepció del senyal per als canals de comunicació mmWave.
 |
| Figura 3: Una arquitectura de maquinari típica per a l'execució d'algorismes de ràdio consisteix en mòduls CPU i FPGA programables en plataformes de programari com LabVIEW. Font: National Instruments |
Si es pren com a base de prova híbrida la Beamforming de National Instruments (NI), aquesta trasllada els senyals des del domini analògic al digital mitjançant un sistema de transceptor mmWave (figura 3). Aquest sistema, permet als enginyers validar el rendiment de la ràdio implementant de manera eficient els algorismes mmWave.
Testbed Beamforming Hybrid
L'estàndard 5G NR per a freqüències mmWave utilitza una combinació d'algorismes intensivament computacionals per codificar, descodificar, modular, demodular i senyalitzar múltiplex. Aquí, el sistema de transceiver mmWave de NI , una solució de ràdio definida per programari (SDR), pot ajudar a implementar algoritmes de format de raig per a diversos casos d'ús de prototips 5G.
Aquest sistema de prototipat modular inclou un xassís PXI Express, controladors, un mòdul de distribució de rellotge, mòduls FPGA d’altes prestacions, DACs i ADCs de gran velocitat, mòduls LO i IF i caps de ràdio mmWave (figura 4). Els mòduls FPGA del xassís PXI gestionen regles de comunicació, correcció d'errors, descodificació i codificació i assignació de senyal.
 |
| A |
Els mòduls del receptor de banda base – juntament amb els mòduls IF/LO - transmeten i reben senyals cap a i des dels capçals mmWave, que es poden connectar a les matrius en fase mitjançant un únic cable SMK. Aquí, el programari LabVIEW permet als desenvolupadors configurar diferents funcions de connectivitat en el domini digital de la formulació de feixos.
Per tant, els dissenyadors de xarxa poden combinar el sistema de transceptor amb una matriu per fases per crear solucions de prototips de matriu en fase fora de la plataforma. I poden fer un mapa de diferents tasques computacionals en diversos FPGA i així dissenyar i provar algoritmes de feixos per a una àmplia varietat de canals mmWave i configuracions de xarxa.
Font: National Instruments
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada