Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) fortsätter att banbryta nya antennmätmetoder, denna gång för framtida 5G trådlösa kommunikationssystem.

NISTs nya Large Antenna Positioning System (LAPS) har två robotarmar utformade för att placera "smarta" eller anpassningsbara antenner, som kan monteras på basstationer som hanterar signaler till och från ett enormt antal enheter. Framtida 5G-system kommer att fungera på högre frekvenser och erbjuda mer än 100 gånger datakapaciteten jämfört med dagens mobiltelefoner, samtidigt som de ansluter miljarder mobila bredbandsanvändare i komplexa, trånga signalmiljöer.

Bland dess många speciella funktioner, LAPS kan testa sändningar till och från antenner på snabbrörliga mobila enheter, vilket kräver samordning mellan tidpunkten för kommunikationssignaler och robotens rörelse.

"Mätningar av antennsignaler är en stor användning för robotik, "NISTs elektronikingenjör Jeff Guerrieri sa. "Robotarmarna ger antennpositionering som skulle begränsas av konventionella mätsystem."

NIST-forskare validerar fortfarande LAPS:s prestanda och börjar just nu introducera det för industrin. Systemet beskrevs vid en europeisk konferens förra veckan.

Dagens mobila enheter som mobiltelefoner, Wi-Fi-system för konsumenter och radioapparater för allmän säkerhet fungerar oftast vid frekvenser under 3 gigahertz (GHz), en trång del av spektrumet. Nästa generations mobilkommunikation börjar använda de mer öppna frekvensbanden vid millimetervåglängder (30-300 GHz), men dessa signaler förvrängs lätt och kommer mer sannolikt att påverkas av fysiska barriärer som väggar eller byggnader. Lösningarna kommer att inkludera sändarantennuppsättningar med tiotals till hundratals element som fokuserar antennkraften till en styrbar stråle som kan spåra mobila enheter.

I årtionden, NIST har banat väg för testning av avancerade antenner för radar, flygplan, kommunikationer och satelliter. Nu, LAPS kommer att hjälpa till att främja utvecklingen av 5G trådlösa och spektrumdelningssystem. Dubbelrobotsystemet kommer också att hjälpa forskare att förstå de störningsproblem som skapas av den ständigt ökande signaldensiteten.

Den nya anläggningen är nästa generation av NIST:s Configurable Robotic Millimeter-Wave Antenna (CROMMA) Facility, som har en enda robotarm. CROMMA, utvecklad på NIST, har blivit ett populärt verktyg för högfrekventa antennmätningar. Företag som integrerar äldre antennmätsystem börjar använda robotarmar i sina produktlinjer, underlätta överföringen av denna teknik till företag som The Boeing Co.

CROMMA kan endast mäta fysiskt små antenner. NIST utvecklade LAPS-konceptet för ett dubbelrobotarmsystem, en robot i ett fast läge och den andra monterad på en stor linjär rälslid för att rymma större antenner och basstationer. Systemet designades och installerades av NSI-MI Technologies. LAPS har också en säkerhetsenhet, inklusive radar utformad för att förhindra kollisioner av robotar och antenner i den omgivande miljön, och för att skydda operatörerna.

LAPS:s mätmöjligheter för 5G-system inkluderar flexibla skanningsgeometrier, strålspårning av mobila enheter och förbättrad noggrannhet och repeterbarhet i mobila mätningar.

LAPS har ersatt NISTs konventionella skannrar och kommer att användas för att utföra närfältsmätning av grundläggande antennegenskaper för flyg- och satellitföretag som kräver exakta kalibreringar och prestandaverifiering. Närfältstekniken mäter den utstrålade signalen mycket nära antennen i en kontrollerad miljö och, använda matematiska algoritmer utvecklade vid NIST, beräknar antennens prestanda vid dess driftavstånd, känt som fjärrfältet.

Men det slutliga målet för LAPS är att prestera dynamiskt, lufttester av framtida 5G-kommunikationssystem. Initial validering visar att grundläggande mekanisk drift av LAPS ligger inom de specificerade designtoleranserna för stillastående och rörliga tester till minst 30 GHz. Slutlig validering pågår.