Il nuovo metodo del NIST potrebbe aumentare la capacità della rete wireless 5G e ridurne i costi.
I sistemi 5G eviteranno la saturazione dei canali wireless convenzionali utilizzando bande di frequenza a onde millimetriche più elevate. Le trasmissioni a queste frequenze perdono molta energia lungo il percorso, indebolendo il segnale ricevuto. Una soluzione è rappresentata dalle antenne "intelligenti", in grado di formare fasci insolitamente stretti – l'area nello spazio in cui i segnali vengono trasmessi o ricevuti – e di direzionarli rapidamente in diverse direzioni.
L'ampiezza del fascio dell'antenna influisce sulla progettazione e sulle prestazioni dei sistemi wireless. Un nuovo metodo basato sulle misurazioni del NIST consente ai progettisti e agli ingegneri di valutare l'ampiezza del fascio dell'antenna più adatta per ambienti reali.
"Il nostro nuovo metodo potrebbe ridurre i costi consentendo un maggiore successo nella progettazione iniziale della rete, eliminando gran parte delle prove ed errori attualmente necessari", afferma l'ingegnere del NIST Kate Remley. "Il metodo incoraggerebbe anche l'uso di nuove stazioni base che trasmettono a più utenti simultaneamente o in rapida successione senza che un fascio d'antenna interferisca con un altro. Questo, a sua volta, aumenterebbe la capacità della rete e ridurrebbe i costi con una maggiore affidabilità."
Questo è il primo studio dettagliato, basato su misurazioni, di come l'ampiezza e l'orientamento del fascio d'antenna interagiscono con l'ambiente per influenzare la trasmissione del segnale a onde millimetriche. Nella tecnica, le misurazioni del NIST che coprono un'ampia gamma di angoli del fascio d'antenna vengono convertite in un diagramma di radiazione omnidirezionale che copre tutti gli angoli in modo uniforme. Il diagramma omnidirezionale può quindi essere segmentato in larghezze di fascio sempre più strette. Gli utenti possono valutare e modellare le prestazioni previste delle caratteristiche del fascio d'antenna su specifici tipi di canali wireless.
Un ingegnere potrebbe utilizzare questo metodo per selezionare l'antenna più adatta a una specifica applicazione. Ad esempio, potrebbe scegliere un'ampiezza del fascio sufficientemente stretta da evitare riflessioni da determinate superfici o da consentire la coesistenza di più antenne in un dato ambiente senza interferenze.
Per sviluppare il nuovo metodo, il team del NIST ha raccolto dati sperimentali in un corridoio e nell'atrio di un edificio di ricerca del NIST, utilizzando un robot speciale dotato di una sonda di canale personalizzata e altre apparecchiature. Una sonda di canale raccoglie dati che catturano le riflessioni, le diffrazioni e la diffusione del segnale che si verificano tra un trasmettitore e un ricevitore. Molte di queste misurazioni possono essere utilizzate per creare una rappresentazione statistica del canale radio a supporto di una progettazione e standardizzazione di sistemi affidabili.
I risultati dello studio del NIST confermano che i fasci stretti possono ridurre significativamente le interferenze e la latenza del segnale e che un orientamento ottimizzato del fascio riduce la perdita di potenza durante le trasmissioni. Ad esempio, l'intervallo di tempo durante il quale arrivano le riflessioni del segnale (una metrica chiamata ritardo di propagazione RMS) è stato drasticamente ridotto da 15 nanosecondi (ns) a circa 1,4 ns quando l'ampiezza del fascio dell'antenna è stata ristretta da omnidirezionale (360 gradi) a un'ampiezza di fascio stretta di 3 gradi, detta fascio a matita.
La ricerca futura includerà l'estensione del metodo a diversi ambienti e l'analisi di altre caratteristiche del canale wireless.
