La creciente prevalencia de dispositivos de comunicación inalámbrica de alta velocidad, desde teléfonos móviles 5G hasta sensores para vehículos autónomos, está conduciendo a ondas aéreas cada vez más llenas. Esto hace que la capacidad de bloquear las señales interferentes que puedan obstaculizar el rendimiento del dispositivo un problema aún más importante y más desafiante.
Con estas y otras aplicaciones emergentes en mente, los investigadores del MIT demostraron una nueva arquitectura del receptor inalámbrico de múltiples múltiples de onda milímetro (MIMO) que puede manejar una interferencia espacial más fuerte que los diseños anteriores. Los sistemas MIMO tienen múltiples antenas, lo que les permite transmitir y recibir señales desde diferentes direcciones. Su receptor inalámbrico detecta y bloquea la interferencia espacial lo antes posible, antes de que se hayan amplificado las señales no deseadas, lo que mejora el rendimiento.
La clave de esta arquitectura del receptor MIMO es un circuito especial que puede apuntar y cancelar señales no deseadas, conocidas como una palanca de cambio de fase no recíproca. Al hacer una nueva estructura de palanca de cambios de fase que es reconfigurable, de baja potencia y compacta, los investigadores muestran cómo se puede usar para cancelar la interferencia antes en la cadena del receptor.
Su receptor puede bloquear hasta cuatro veces más interferencia que algunos dispositivos similares. Además, los componentes de bloqueo de interferencias se pueden encender y apagar según sea necesario para conservar la energía.
En un teléfono móvil, dicho receptor podría ayudar a mitigar los problemas de calidad de la señal que pueden conducir a llamadas lentas y entrecortadas en zoom o transmisión de video.
“Ya hay mucha utilización en los rangos de frecuencia que estamos tratando de usar para nuevos sistemas 5G y 6G. Por lo tanto, cualquier cosa nueva que estamos tratando de agregar ya debería tener estos sistemas de mitigación de interferencia. Profesor Asistente de Desarrollo de Carrera del Consorcio en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática (EECS), miembro de los Microsystems Technology Laboratories and Research Laboratory of Electronics (RLE), y el autor principal de A papel en este receptor.
Reiskarimian escribió el periódico con estudiantes graduados de las CEE Shahabeddin Mohin, quien es el autor principal, Soroush Araei, y Mohammad Barzgari, un Postdoc de RLE. El trabajo se presentó recientemente en el Simposio de circuitos de radiofrecuencia IEEE y recibió el premio al Mejor Papel de Estudiante.
Interferencia de bloqueo
Los sistemas MIMO digitales tienen una porción analógica y digital. La parte analógica usa antenas para recibir señales, que se amplifican, se convierten hacia abajo y pasan a través de un convertidor analógico a digital antes de ser procesado en el dominio digital del dispositivo. En este caso, se requiere la formación de haz digital para recuperar la señal deseada.
Pero si una señal de interferencia fuerte que proviene de una dirección diferente golpea al receptor al mismo tiempo que una señal deseada, puede saturar el amplificador para que la señal deseada se ahogue. Los MIMOS digitales pueden filtrar señales no deseadas, pero este filtrado ocurre más adelante en la cadena del receptor. Si la interferencia se amplifica junto con la señal deseada, es más difícil filtrar más tarde.
“La salida del amplificador inicial de bajo ruido es el primer lugar donde puede hacer este filtrado con una penalización mínima, por lo que eso es exactamente lo que estamos haciendo con nuestro enfoque”, dice Reiskarimian.
Los investigadores construyeron e instalaron cuatro cambios de fase no recíprocos inmediatamente en la salida del primer amplificador en cada cadena receptor, todas conectadas al mismo nodo. Estos cambios de fase pueden pasar la señal en ambas direcciones y sentir el ángulo de una señal interferente entrante. Los dispositivos pueden ajustar su fase hasta que cancelen la interferencia.
La fase de estos dispositivos se puede ajustar con precisión, para que puedan detectar y cancelar una señal no deseada antes de pasar al resto del receptor, bloqueando la interferencia antes de que afecte cualquier otra parte del receptor. Además, los cambios de fase pueden seguir las señales para continuar bloqueando la interferencia si cambia la ubicación.
“Si comienza a desconectarse o la calidad de su señal disminuye, puede encender esto y mitigar esa interferencia sobre la marcha. Debido a que el nuestro es un enfoque paralelo, puede activarlo y apagar con un efecto mínimo en el rendimiento del receptor mismo”, agrega Reiskarimian.
Un dispositivo compacto
Además de hacer que su nueva arquitectura de palanca de cambios de fase se ajuste, los investigadores los diseñaron para usar menos espacio en el chip y consumen menos potencia que las palancas de fase no recíprocas típicas.
Una vez que los investigadores hicieron el análisis para mostrar que su idea funcionaría, su mayor desafío era traducir la teoría en un circuito que alcanzó sus objetivos de rendimiento. Al mismo tiempo, el receptor tuvo que cumplir con restricciones de tamaño estrictos y un presupuesto de potencia ajustado, o no sería útil en dispositivos del mundo real.
Al final, el equipo demostró una arquitectura MIMO compacta en un chip de 3.2 cuadrados cuadrados que podía bloquear las señales que eran hasta cuatro veces más fuertes de lo que otros dispositivos podían manejar. Diseños más simples que típicos, su arquitectura de palanca de cambios de fase también es más eficiente energéticamente.
En el futuro, los investigadores desean ampliar su dispositivo a sistemas más grandes, así como permitirle funcionar en los nuevos rangos de frecuencia utilizados por dispositivos inalámbricos 6G. Estos rangos de frecuencia son propensos a una interferencia poderosa de los satélites. Además, les gustaría adaptar los cambios de fase no recíprocos a otras aplicaciones.
Esta investigación fue apoyada, en parte, por el Centro MIT para circuitos y sistemas integrados.
