东京工业大学的科学家设计了一种用于非视距5G通信的新型256元件无线供电收发器阵列,具有高效的无线电力传输和高功率转换效率。
这一创新设计可增强5G网络覆盖范围,甚至覆盖到链路阻塞的地方,提高灵活性和覆盖范围,并有可能使高速、低延迟通信更加容易实现。
毫米波5G通信采用极高频无线电信号(24至100GHz),是一种很有前景的下一代无线通信技术,具有高速度、低延迟和大网络容量等特点。
然而,目前的5G网络面临两大挑战。第一个挑战是信噪比(SNR)较低。高SNR对于良好的通信至关重要。另一个挑战是链路阻塞,这是指由于建筑物等障碍物导致发射器和接收器之间的信号中断。
波束成形是使用毫米波进行长距离通信的关键技术,可提高信噪比。该技术使用传感器阵列将无线电信号聚焦为特定方向的窄波束,类似于将手电筒光束聚焦在单个点上。然而,它仅限于视距通信,其中发射器和接收器必须在一条直线上,并且接收信号可能会因障碍物而减弱。
此外,混凝土和现代玻璃材料会造成较高的传播损耗。因此,迫切需要非视距(NLoS)中继系统来扩展5G网络覆盖范围,尤其是在室内。
为了解决这些问题,东京工业大学(TokyoTech)未来科学技术跨学科研究实验室副教授AtsushiShirane领导的研究小组设计了一种用于28GHz毫米波5G通信的新型无线供电中继收发器。他们的论文发表在《IEEE微波与无线技术快报》杂志上。
在解释他们研究的动机时,Shirane表示:“此前,对于非视距通信,已经探索了两种类型的5G中继:有源型和无线供电型。虽然有源中继即使使用少量整流器阵列也能保持良好的SNR,但其功耗很高。
“无线供电类型不需要专用电源,但由于转换增益低,需要许多整流器阵列来维持SNR,并使用功率转换效率低于10%的CMOS二极管。我们的设计解决了这些问题,同时使用了市售的半导体集成电路(IC)。"
拟议的收发器由256个整流器阵列组成,具有24GHz无线功率传输(WPT)。这些阵列由分立IC(包括砷化镓二极管)和平衡不平衡转换器组成,它们连接平衡和不平衡(bal-un)信号线、DPDT开关和数字IC。