「武士」系統精確測定5G通信信道

工程師Rodney Leonhardt，Alec Weiss和Jeanne Quimby以及NIST的SAMURAI。

美國「科學日報」網站8月10日報導，美國國家標準與技術研究所（NIST）的工程師們開發了一種靈活、便攜的測量系統，以支持第五代（5G）無線通信設備的設計和可重複性實驗室測試，新系統在寬頻譜範圍和多種應用場景下都具有前所未有的準確性。

該系統被稱為SAMURAI（Synthetic Aperture Measurements of Uncertainty in Angle of Incidence），是首個達到基本物理標準精度的5G無線測量系統。此外SAMURAI的體積也足夠小，可以運輸到測試現場。

手機、用戶Wi-Fi設備和大眾安全無線電等行動裝置目前大多在3千兆赫（GHz）以下的頻段工作，其天線在各個方向上具有相同的輻射。專家預測，5G技術可以通過使用24GHz以上的更高頻率的「毫米波」和高度定向、主動變化的天線模式，將數據速率提升千倍。

許多儀器可以測量定向5G設備的某些參數和信道性能。但大多數只能在有限頻率範圍內搜集大致信息，對一個信道的總體情況進行概況，而SAMURAI能夠為我們提供詳細的性能描述。此外，許多儀器的物理尺寸太大，可能會扭曲毫米波信號的傳輸和接收。

SAMURAI測量信號的頻率範圍很廣，目前最高可達50GHz，明年將擴展到75GHz。該系統之所以得名，是因為它在網格或虛擬「合成孔徑」上的許多點測量接收信號。這樣就可以在三維空間重建接收到的能量——包括信號的接收角度。

SAMURAI可以應用於各種任務，包括驗證配備有源天線的無線設備的性能，以及環境中有金屬物體散射信號時的反射信道的測量。NIST的研究人員目前正在利用SAMURAI開發毫米波頻段的工業物聯網設備的測試方法。

該設備的基本組件包括：兩根天線，用於發射和接收信號；具有精確定時同步功能的儀器，用於產生無線電傳輸並分析接收情況；一個六軸機械臂，將接收天線定位到合成孔徑形成的網格點上。該機械臂保證了天線位置的準確、可重複，並在三維空間中追蹤各種接收模式的軌跡，如圓柱形和半球形。此外，研究人員還可以在測試設置中可以放置各種小型金屬物體，如平板和圓柱體，以模擬建築物和其他現實世界中阻礙信號傳輸的因素。為了提高定位精度，系統還添加了一個由10個攝像頭組成的設備來追蹤天線，並測量信道中散射信號的物體的位置。

測量可能需要幾個小時才能完成，所以（穩定）信道的所有方面都可以記錄下來，以便以後分析。這些數值包括環境因素，如溫度和溼度、散射物體的位置以及測量系統的精度漂移。

編譯：李華 審稿：alone 責編： 橘子

原文連結：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200810113158.htm

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