Današnja brza bežična komunikacija, uključujući 5G mobilne telefone i senzore za autonomna vozila, sve više zagušuje radijske frekvencije. To čini blokiranje smetnji koje mogu ometati rad uređaja važnijim i izazovnijim.

S tim i drugim aplikacijama na umu, istraživači s MIT-a demonstrirali su novu arhitekturu milimetarskog valnog višestrukog ulaza i izlaza (MIMO) bežičnog prijemnika koja može podnijeti jače prostorne smetnje nego prethodni dizajni. MIMO sustavi imaju više antena koje omogućuju slanje i primanje signala iz različitih smjerova. Njihov bežični prijemnik otkriva i blokira prostorne smetnje što je ranije moguće, prije nego što se neželjeni signali pojačaju, što poboljšava performanse.

Ključ za ovu MIMO arhitekturu prijemnika je poseban krug koji može ciljati i poništiti neželjene signale, poznat kao nerecipročni fazni pomak. Izradom nove strukture faznog pomaka koja je rekonfigurabilna, niske potrošnje i kompaktna, istraživači pokazuju kako se može koristiti za poništavanje smetnji ranije u lancu prijemnika.

Njihov prijemnik može blokirati do četiri puta više smetnji od nekih sličnih uređaja. Osim toga, komponente za blokiranje smetnji mogu se uključiti i isključiti po potrebi radi uštede energije.

U mobilnom telefonu, takav prijemnik mogao bi pomoći u smanjenju problema s kvalitetom signala koji mogu dovesti do usporenih i prekidnih Zoom poziva ili video prijenosa.

Blokiranje smetnji
Digitalni MIMO sustavi imaju analogni i digitalni dio. Analogni dio koristi antene za primanje signala, koji se pojačavaju, pretvaraju i prolaze kroz analogno-digitalni pretvarač prije obrade u digitalnoj domeni uređaja. U ovom slučaju, digitalno oblikovanje snopa potrebno je za dohvaćanje željenog signala.

Ali ako jaki smetajući signal iz drugog smjera pogodi prijemnik u isto vrijeme kad i željeni signal, može saturirati pojačalo tako da je željeni signal preplavljen. Digitalni MIMOs mogu filtrirati neželjene signale, ali to filtriranje se događa kasnije u lancu prijemnika. Ako se smetnja pojača zajedno s željenim signalom, teže ju je kasnije filtrirati.

“Izlaz početnog niskošumnog pojačala je prvo mjesto gdje možete izvršiti ovo filtriranje s minimalnom kaznom, pa je to upravo ono što radimo s našim pristupom,” kaže Reiskarimian.

Istraživači su izgradili i instalirali četiri nerecipročna fazna pomaka odmah na izlazu prvog pojačala u svakom lancu prijemnika, svi povezani na isti čvor. Ovi fazni pomaci mogu prolaziti signal u oba smjera i osjetiti kut dolaznog smetajućeg signala. Uređaji mogu prilagoditi svoju fazu dok ne ponište smetnje.

Faza ovih uređaja može se precizno podešavati, tako da mogu osjetiti i poništiti neželjeni signal prije nego što prođe do ostatka prijemnika, blokirajući smetnje prije nego što utječu na bilo koji drugi dio prijemnika. Osim toga, fazni pomaci mogu pratiti signale kako bi nastavili blokirati smetnje ako promijene mjesto.

“Ako počnete gubiti vezu ili vam kvaliteta signala opadne, možete ovo uključiti i ublažiti te smetnje u hodu. Budući da je naš pristup paralelan, možete ga uključiti i isključiti s minimalnim utjecajem na performanse samog prijemnika,” dodaje Reiskarimian.

Kompaktni uređaj
Osim što su učinili svoju novu arhitekturu faznog pomaka podesivom, istraživači su ih dizajnirali tako da zauzimaju manje prostora na čipu i troše manje energije od tipičnih nerecipročnih faznih pomaka.

Nakon što su istraživači proveli analizu koja je pokazala da će njihova ideja funkcionirati, njihov najveći izazov bio je prevođenje teorije u krug koji postiže njihove ciljeve performansi. U isto vrijeme, prijemnik je morao zadovoljiti stroga ograničenja veličine i uski energetski budžet, inače ne bi bio koristan u stvarnim uređajima.

Na kraju, tim je demonstrirao kompaktnu MIMO arhitekturu na čipu od 3,2 kvadratna milimetra koja je mogla blokirati signale koji su bili do četiri puta jači od onih koje su drugi uređaji mogli podnijeti. Jednostavnija od tipičnih dizajna, njihova arhitektura faznog pomaka također je energetski učinkovitija.

U budućnosti, istraživači žele povećati svoj uređaj na veće sustave, kao i omogućiti mu rad u novim frekvencijskim rasponima koje koriste 6G bežični uređaji. Ti frekvencijski rasponi su skloni snažnim smetnjama od satelita. Osim toga, željeli bi prilagoditi nerecipročne fazne pomake za druge primjene.

Ovo istraživanje podržalo je, dijelom, MIT Centar za integrirane krugove i sustave.

Izvor: Massachusetts Institute of Technology