在無線通信中，來自環(huán)境或其他信號的噪聲總是被認(rèn)為是需要克服的事情。然而，總部位于加利福尼亞州山景城（Mountain View）的Artemis Networks卻有著不同的想法。

Artemis開發(fā)了一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，一組天線協(xié)同工作，用表面看起來像噪聲的東西淹沒一個區(qū)域，但實際上在接收端分解為相干信號。該公司的技術(shù)有望達(dá)到極高的光譜效率。

ARTEMIS NETWORKS

Artemis的技術(shù)稱為pCells（personal cells的縮寫），它依賴于無線電波的加和性。也就是說，當(dāng)兩個信號交叉時，它們將彼此的相位、振幅和調(diào)制相加或相減。

傳統(tǒng)上，無線通信方案將這一事實視為一種滋擾。但通過在一個區(qū)域內(nèi)部署多個天線協(xié)同工作，Artemis反而會發(fā)出精心制作的噪音，這些噪音會凝聚成單個設(shè)備周圍的實際信號。Artemis的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Steve Perlman表示：“關(guān)鍵在于，這些精心制作的噪聲信號的總和在接收點加起來就是一個完全相干的信號。”

作為其正常操作的一部分，無線設(shè)備會定期發(fā)送稱為測深參考信號（sounding reference signals，SRS）的更新，使網(wǎng)絡(luò)能夠評估連接強(qiáng)度。pCell網(wǎng)絡(luò)可以使用SRS來確定特定設(shè)備的位置，并在設(shè)備天線周圍形成一個只有幾毫米大小的清晰接收氣泡。在4G LTE和5G網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備每5毫秒發(fā)送一次SRS，這意味著pCell網(wǎng)絡(luò)可以近實時跟蹤設(shè)備。

Artemis的技術(shù)需要足夠的計算機(jī)處理來評估設(shè)備所在的位置，構(gòu)造適當(dāng)?shù)脑肼曔M(jìn)行傳輸，以便在設(shè)備周圍進(jìn)行解析，并解開接收到的噪聲，以確定設(shè)備已將哪些數(shù)據(jù)發(fā)送回網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)Perlman的說法，目前可以用三臺服務(wù)器完成，每臺服務(wù)器都有雙64核AMD CPU。他預(yù)計，該公司將能夠在一年內(nèi)將其部署到一臺服務(wù)器上。

Perlman認(rèn)為，pCell網(wǎng)絡(luò)的兩大優(yōu)勢是均勻覆蓋和頻譜效率。在典型的網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備嘗試連接到最近的天線，如有必要，在移動時切換到新天線。這會創(chuàng)建不穩(wěn)定的覆蓋區(qū)域，其中各個單元的邊界相互作用。有了pCell網(wǎng)絡(luò)，所有的天線都在一起工作，用所需的噪聲覆蓋整個區(qū)域。無論設(shè)備走到哪里，其pCell氣泡都會隨之移動。

ARTEMIS NETWORKS

另一個優(yōu)勢，頻譜效率，可能更重要。雖然頻譜效率隨著每一代新無線技術(shù)的發(fā)展而不斷提高，但增長速度已經(jīng)放緩。與僅使用單個天線的5G基站相比，使用4×4 MIMO天線陣列的5G基站每赫茲帶寬每秒可以發(fā)送1.7倍的比特數(shù)。將其升級到16×16陣列，其天線總數(shù)是4×4陣列的4倍，并且每赫茲帶寬的頻譜效率僅為每秒比特數(shù)的2.9倍。

然而，在pCell網(wǎng)絡(luò)中，與單個天線相比，16×16天線陣列每赫茲帶寬每秒可以發(fā)送43倍的比特數(shù)。而且它的規(guī)模似乎超出了這個范圍。

Artemis于5月在加州圣何塞的SAP中心宣布了其首次大規(guī)模pCell安裝，該中心是一個曲棍球競技場和音樂會場地。該網(wǎng)絡(luò)使用56根天線覆蓋13000平方米的競技場。“如果我增加到112根天線，”Perlman說，“我沒有理由相信它的頻譜效率不會比56根安裝的天線翻一番”。

該公司早在2014年就首次宣布了一個實用的pCell網(wǎng)絡(luò)。盡管柏林理工大學(xué)電氣工程教授Giuseppe Caire表示，這一宣布最初遭到了懷疑，但這（諷刺的是）部分是由于溝通失誤。“他們將這項技術(shù)營銷為‘我們有一種稱為pCells的革命性想法，它與以前所做的完全不同’。”但Caire說，支撐這項技術(shù)的理論思想現(xiàn)在更普遍地被稱為無單元大規(guī)模MIMO（多輸入多輸出），幾十年來一直以各種形式流傳。

Caire最初對Artemis的成就表示懷疑，但在他訪問了位于舊金山的公司后，他很快意識到它所取得的成就的重要性。Caire（現(xiàn)在是該公司的技術(shù)顧問）將無蜂窩大規(guī)模MIMO方法與現(xiàn)有4G LTE和5G標(biāo)準(zhǔn)集成的能力視為Artemis的重大突破。

八年后的今天，Perlman表示，pCell網(wǎng)絡(luò)的推廣出現(xiàn)任何阻礙都不是技術(shù)造成的。相反，瓶頸總是在獲得頻譜方面，他說。在嘗試與現(xiàn)有行業(yè)合作伙伴合作失敗后，美國聯(lián)邦通信委員會于2017年建立了3.5-GHz頻段的公民寬帶無線電服務(wù)（CBRS）頻段，該公司最終決定單干。

除了運動場和SAP中心等室內(nèi)場地外，其他可能適合pCell網(wǎng)絡(luò)的地方還有大學(xué)校園、倉庫和其他可能轉(zhuǎn)向本地化專用網(wǎng)絡(luò)或需要高蜂窩密度的位置。在未來，Caire看到了蜂窩技術(shù)的自然發(fā)展需求，在這種技術(shù)中，無蜂窩大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)在密集、高流量地區(qū)提供覆蓋，而蜂窩塔等較舊的基于蜂窩的技術(shù)繼續(xù)在農(nóng)村地區(qū)提供覆蓋。

除了蜂窩網(wǎng)絡(luò)，Perlman還看到了增強(qiáng)現(xiàn)實中pCell網(wǎng)絡(luò)的最大機(jī)遇之一。如果pCell網(wǎng)絡(luò)能夠提供統(tǒng)一且頻譜效率高的覆蓋范圍，那么它們可能將非常適用于即將推出的AR眼鏡等。

文章出處：【微信公眾號：IEEE電氣電子工程師】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

審核編輯：符乾江