“多头并进”新技术或带来最快、最稳定的5G连接

加州大学圣地亚哥分校研究人员Ish Jain与他开发的新型毫米波装置。

多波束毫米波实验装置。

如今的5G手机用户可能都经历过这两种困境：速度惊人，但信号覆盖范围极其有限且不稳定；覆盖范围广泛，但速度并不比4G快多少。techxplore.com网站当地时间8月23日报道，美国加州大学圣地亚哥分校的电气工程师开发了一项新技术，将上述两方面优点结合，可同时实现超高速和可靠5G连接。该团队将在2021美国计算机协会SIGCOMM大会中展示他们的研究成果。

毫米波这类快速无线信号的传播距离较近，并且很容易被墙壁、人和其他障碍物干扰。而现有的高频段5G系统主要通过在基站和接收器（如用户的手机）间发送一束类激光毫米波，来实现数据通信。如果有障碍物阻挡了波束的传播路径，连接就会被完全阻断。加州大学圣地亚哥分校电子与计算机工程学教授Dinesh Bharadia说：“单波束容易产生单点故障。”

为此，Bharadia教授团队提出了一种简单但巧妙的解决方案：将单波束毫米波分成多波束毫米波，并让每一束波从基站出发后，经由不同的路径到达接收器。这种“多头并进”的策略提高了波束抵达接收器的概率。

Bharadia教授团队在办公室和校园大楼外对多波束系统进行了测试。结果显示，新系统提供了高吞吐量连接（高达800Mbps），并且具有100%可靠性。这意味着当用户被障碍物阻隔时，5G信号强度不会下降。在室外测试中，新系统连接范围为80米左右。

针对新系统，研究人员开发了一套新的算法。其中一种算法首先指示基站将单波束按直接/间接路径分成多波束，接着学习在特定环境中的最佳路径。最后，它会优化每道波束的角度、相位和功率，以便在接收器中汇聚成一道高质量、高吞吐量的信号。Bharadia教授说：“你可能会认为，波束分裂会降低信号的吞吐量或质量。但从数学角度来看，多波束系统在传输与单波束系统相同功率的情况下，能够提供更高的吞吐量。”此外，另一种算法可确保用户移动或被其他用户干扰时保持连接。

Bharadia教授实验室博士生Ish Jain说：“新系统不涉及任何新硬件。我们的算法都符合当前的5G协议。”

编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵

来源：2021美国计算机协会SIGCOMM大会

原文链接：https://techxplore.com/news/2021-08-technology-fastest-version-5g-home.html

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