NIST 的这项新方法可以提高 5G 无线网络的容量并降低成本。.
5G系统将通过使用更高的毫米波频段来避免传统无线信道的饱和。在这些频率下，信号传输过程中会损失大量能量，导致接收信号减弱。一种解决方案是使用“智能”天线，它可以形成异常窄的波束（即信号在空间中的发射或接收区域），并能快速地将信号定向到不同方向。.
天线波束宽度会影响无线系统的设计和性能。一种基于NIST测量数据的新方法，能够帮助系统设计人员和工程师评估最适合实际环境的天线波束宽度。.
“我们的新方法能够提高初始网络设计的成功率，从而降低成本，并消除目前所需的大量试错工作，”美国国家标准与技术研究院 (NIST) 工程师凯特·雷姆利 (Kate Remley) 表示。“该方法还将鼓励使用新型基站，这些基站能够同时或快速连续地向多个用户传输信号，而不会出现天线波束相互干扰的情况。反过来，这将提高网络容量，降低成本，并提高可靠性。”
这是首个基于测量数据的详细研究，旨在探究天线波束宽度和方向如何与环境相互作用，从而影响毫米波信号传输。该技术首先将 NIST 测量的涵盖各种天线波束角度的数据转换为一个全向天线方向图，该方向图能够平等地覆盖所有角度。然后，可以将该全向方向图分割成越来越窄的波束宽度。用户可以评估和模拟天线波束特性在特定类型无线信道上的预期性能。
工程师可以利用这种方法选择最适合特定应用的天线。例如，工程师可以选择足够窄的波束宽度，以避免某些表面的反射，或者允许多个天线在给定环境中共存而不相互干扰。
为了开发这种新方法，NIST团队在NIST研究大楼的走廊和大厅里，使用配备定制信道探针和其他设备的专用机器人收集了实验数据。信道探针收集的数据可以捕捉到发射器和接收器之间发生的信号反射、衍射和散射。许多此类测量数据可用于创建无线信道的统计表示，从而支持可靠的系统设计和标准化。NIST
的研究结果证实，窄波束可以显著降低信号干扰和延迟，并且优化的波束方向可以减少传输过程中的功率损耗。例如，随着天线波束宽度从全向（360度）缩小到3度窄波束（称为笔形波束），信号反射到达的时间间隔（称为均方根传播延迟）从15纳秒(ns)显著缩短至约1.4纳秒。
未来的研究将包括将该方法扩展到不同的环境，并分析其他无线信道特性。
