最先端の受信機が干渉を排除し、モバイルデバイスの性能を向上させる

Tokyo高速無線デバイス、例えば5G携帯電話や自動運転車用センサーの急速な増加により、電波の混雑が進んでいます。これらのデバイスに干渉する信号をブロックするのは重要でありながら、非常に困難です。MITの研究者たちは、複数の信号を同時に処理し、非常に効率よく動作する<強力な新型の無線受信機>を開発しました。

この新しいMIMO受信機は、従来のモデルよりも多方向からの強い干渉をより効果的に処理できます。主な特徴として、以下の点が挙げられます。

複数のアンテナを使用して、さまざまな方向から信号を送受信します。不要な信号を排除するための特殊な回路である非相互作用フェーズシフターを備えています。そして、再構成可能で低消費電力の設計がなされています。

彼らのMIMOシステムは、不要な信号を早期に検知してブロックし、信号が強くなる前に対処します。これにより、デバイスの性能が向上します。非相反位相シフタは、受信チェーンの初期段階で干渉を打ち消すのに役立ち、同様のデバイスと比較して最大4倍の干渉をブロックできます。

これらの干渉を防ぐコンポーネントは、電力を節約するためにオン・オフできます。携帯電話では、信号の質を向上させ、遅延や途切れがちなビデオ通話やストリーミングを避けるのに役立ちます。この新しい設計では「非相互位相シフター」を使用することで、性能が向上すると、MITの電気工学・コンピュータ科学の助教授であり論文の主たる著者であるネガール・レイスカリミアン氏が述べています。

大学院生のシャハベディン・モヒン、ソルシュ・アラエイ、モハンマド・バルズガリは、IEEEラジオ周波数回路シンポジウムで研究を発表し、「最優秀学生論文賞」を受賞しました。

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デジタルMIMOシステムは、アナログとデジタルの両方の要素を持っています。アナログ部分では、アンテナを使って信号を受信し、その後信号を増幅し低い周波数に変換して、デジタル信号に変える役割を果たします。デジタルセクションでは、システムがこれらの信号を処理して、必要な信号を取り出します。しかし、強い干渉信号が初期段階で必要な信号をかき消してしまうことがあります。デジタルMIMOは通常、後の段階で不要な信号をフィルタリングしますが、干渉がすでに増幅されてしまっている場合、対処が難しくなります。

研究者たちは4つの位相シフタを用いて、最初の増幅器の出力で干渉を遮断します。これらのシフタは不要な信号の角度を検出し、その位相を調整して打ち消します。これを早期に行うことにより、受信機への干渉を防ぎます。また、これらの位相シフタは干渉の位置変化にも対応できます。

「信号が悪化した場合、すぐに干渉を軽減するためにこれを作動させることができます」とレイスカリミアン氏は言っています。このシステムは、性能にほとんど影響を与えずにオンとオフを切り替えることができます。

新たなフェーズシフターの設計は小型で省エネルギーです。アイデアを実用的な回路にするのは困難でした。チームは高性能を目指しながら、サイズと消費電力を抑えることを意識しました。そして彼らは、3.2平方ミリメートルのサイズのチップを開発することに成功しました。このチップは、他のデバイスが対応できる信号の4倍の強さを持つ信号をブロックします。

チームは、より大きなシステムに対応するためにデバイスを大きくすることを計画しています。また、新たな6Gデバイスと連携するよう目指していますが、これらには衛星干渉の問題があります。さらに、非相互位相シフターを他の用途でも使用したいと考えています。この研究の一部はMITの集積回路およびシステムセンターによって資金提供されています。