麻省理工学院展示新型MIMO无线接收器架构 可有效阻断空间干扰

盖世汽车讯 高速无线通信设备日益普及，如5G手机和自动驾驶汽车传感器，导致无线电波越来越拥挤。因此，屏蔽可能影响设备性能的干扰信号变得越来越重要，也更具挑战性。据外媒报道，麻省理工学院（MIT）的研究人员展示新型毫米波多输入多输出（MIMO）无线接收器架构，相较于以往设计可以处理更强的空间干扰。MIMO系统拥有多个天线，能够从不同方向发送和接收信号。它们的无线接收器可以在无用信号被放大之前尽早感知并阻断空间干扰，从而提高性能。

（图片来源：麻省理工学院）

这种MIMO接收器架构的关键是一种特殊电路，可以瞄准和消除无用信号，也被称为非互易移相器。通过创建可重构、低功耗且紧凑的新型移相器架构，研究人员展示了如何用它来消除接收器链中的早期干扰。

这种接收器屏蔽干扰的能力可达到同类设备的四倍。此外，可以根据需要来打开和关闭干扰阻断组件，以节省能源。在移动电话中使用这样的接收器，有助于缓解信号质量问题，而这些问题可能导致Zoom通话或视频流缓慢和不稳定。

阻断干扰

数字MIMO系统具有模拟部分和数字部分。模拟部分使用天线来接收信号，这些信号经过放大、下变频并通过模数转换器，然后在设备的数字域进行处理。在这种情况下，需要形成数字波束来检索所需的信号。但是，如果来自不同方向的强干扰信号与有用信号同时到达接收器，则会使放大器饱和，从而淹没有用信号。数字MIMO可以过滤掉不需要的信号，但这发生在接收器链的后面。如果干扰与期望信号一起被放大，以后将更难以滤除。Reiskarimian表示：“最初的低噪声放大器输出，是第一个能够以最小代价进行过滤的地方，这正是我们采用的方法。”

研究人员立即构建并在每个接收器链的第一个放大器的输出端安装了四个非互易移相器，它们均连接到同一个节点。这些移相器可以在两个方向上传递信号，并检测输入干扰信号的角度。这些设备可以调整自身相位，直至消除干扰。

这些设备可以精确调整相位，因此可以在无用信号传递到接收器的其余部分之前感知并消除它们，在影响接收器的其他各部分之前阻断干扰。此外，如果干扰信号改变位置，移相器可以跟踪信号并继续阻断干扰。电子工程和计算机科学系（EECS）X-Window联盟职业发展助理教授Negar Reiskarimian表示：“如果断开连接或信号质量下降，用户可以打开该设备，以在运行过程（on the fly）中减轻干扰。这是一种并行方法（parallel approach），所以用户可以打开和关闭它，同时充分减少对接收器本身的性能影响。”

紧凑型设备

除了新移相器结构可调，该设计还可以充分减少芯片占用空间，并且比典型的非互易移相器消耗更少的功率。一旦研究人员完成分析并证明其想法可行，他们面临的最大挑战就是如何将理论转化为能够实现性能目标的电路。与此同时，接收器必须满足严格的尺寸限制和严格的功率预算，否则在现实设备中就无法使用。

最终，该团队在一块3.2平方毫米的芯片上展示了一种紧凑型MIMO架构，该架构可以阻挡比其他设备的处理能力强四倍的信号。与典型设计相比，这种移相器架构更简单，也更节能。

展望未来，研究人员希望将这种设备扩展为更大的系统，并使其能够在6G无线设备使用的新频率范围内运行。这些频率范围容易受到卫星的强烈干扰。此外，他们还希望将非互易移相器投入其他应用。