Neuartiger Empfänger minimiert Störungen und verbessert die Leistung mobiler Geräte erheblich

BerlinDer rasche Anstieg von Hochgeschwindigkeits-Funkgeräten wie 5G-Telefonen und Sensoren für autonomes Fahren hat das Funkspektrum stark ausgelastet. Es ist entscheidend, aber herausfordernd, Störsignale zu unterdrücken, die diese Geräte beeinträchtigen könnten. Forscher vom MIT haben einen neuartigen drahtlosen Empfänger entwickelt, der mehrere Signale gleichzeitig verarbeiten kann und dabei äußerst effizient arbeitet.

Dieser neue MIMO-Empfänger kann stärkere Störungen aus mehreren Richtungen besser bewältigen als ältere Modelle. Er verfügt über mehrere wichtige Funktionen wie:

• Mehrere Antennen, um Signale aus unterschiedlichen Richtungen zu senden und zu empfangen
• Ein spezieller Schaltkreis namens nicht-reziproker Phasenschieber, der unerwünschte Signale auslöscht
• Rekonfigurierbar und energieeffizient

Ihr MIMO-System erkennt und blockiert unerwünschte Signale frühzeitig, bevor sie sich verstärken können. Dies verbessert die Leistung des Geräts erheblich. Der nicht-reziproke Phasenschieber trägt zur frühen Störunterdrückung in der Empfangskette bei und ermöglicht es dem Gerät, bis zu viermal mehr Störungen abzuschirmen als vergleichbare Geräte.

Diese Komponenten zur Interferenzunterdrückung können ein- und ausgeschaltet werden, um Energie zu sparen. In einem Mobiltelefon kann dies die Signalqualität verbessern und langsame oder unterbrochene Videoanrufe und Streaming vermeiden. „Der Einsatz eines nicht-reziproken Phasenschiebers in diesem neuen Design liefert uns eine bessere Leistung“, sagt Negar Reiskarimian, Assistenzprofessorin am MIT EECS und Hauptautorin der Studie.

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Digitale MIMO-Systeme bestehen aus analogen und digitalen Komponenten. Im analogen Teil werden die Signale über Antennen empfangen, verstärkt, auf eine niedrigere Frequenz umgewandelt und in digitale Signale konvertiert. Im digitalen Bereich werden diese Signale dann verarbeitet, um das gewünschte Signal zu extrahieren. Starke Störsignale können jedoch das gewünschte Signal bereits zu Beginn überdecken. Während digitale MIMO-Systeme normalerweise unerwünschte Signale später herausfiltern, wird dies schwierig, wenn die Störungen bereits verstärkt wurden.

Die Forscher verhindern Störungen am Ausgang des ersten Verstärkers durch den Einsatz von vier Phasenschiebern. Diese Phasenschieber erkennen den Winkel unerwünschter Signale und passen deren Phase an, um sie aufzuheben. Dadurch verhindern sie schon früh, dass Störungen den Empfänger beeinflussen. Zusätzlich können die Phasenschieber auf Veränderungen der Störungsquellen reagieren.

Das neue Phasenschieber-Design ist klein und energieeffizient. Die Umsetzung ihrer Ideen in eine praktische Schaltung stellte das Team vor Herausforderungen. Ihr Ziel war, hohe Leistung bei geringem Platz- und Energiebedarf zu erzielen. Mit Erfolg entwickelten sie einen Chip, der nur 3,2 Quadratmillimeter groß ist und Signale blockiert, die viermal stärker sind als das, was andere Geräte bewältigen können.

Das Team plant, das Gerät für größere Systeme zu vergrößern. Zudem möchten sie sicherstellen, dass es auch mit neuen 6G-Geräten funktioniert, die Probleme mit Satelliteninterferenzen haben. Darüber hinaus streben sie den Einsatz von nichtreziproken Phasenschiebern für andere Anwendungen an. Diese Forschung wurde teilweise vom MIT Center for Integrated Circuits and Systems finanziert.