通过提高信号噪音来改善手机的接收状况

在无线通信中，来自环境或其他信号的噪声总是被认为是需要克服的事情。然而，总部位于加利福尼亚州山景城（Mountain View）的Artemis Networks却有着不同的想法。

Artemis开发了一种系统，在该系统中，一组天线协同工作，用表面看起来像噪声的东西淹没一个区域，但实际上在接收端分解为相干信号。该公司的技术有望达到极高的光谱效率。

ARTEMIS NETWORKS

Artemis的技术称为pCells（personal cells的缩写），它依赖于无线电波的加和性。也就是说，当两个信号交叉时，它们将彼此的相位、振幅和调制相加或相减。

传统上，无线通信方案将这一事实视为一种滋扰。但通过在一个区域内部署多个天线协同工作，Artemis反而会发出精心制作的噪音，这些噪音会凝聚成单个设备周围的实际信号。Artemis的创始人兼首席执行官Steve Perlman表示：“关键在于，这些精心制作的噪声信号的总和在接收点加起来就是一个完全相干的信号。”

作为其正常操作的一部分，无线设备会定期发送称为测深参考信号（sounding reference signals，SRS）的更新，使网络能够评估连接强度。pCell网络可以使用SRS来确定特定设备的位置，并在设备天线周围形成一个只有几毫米大小的清晰接收气泡。在4G LTE和5G网络中，设备每5毫秒发送一次SRS，这意味着pCell网络可以近实时跟踪设备。

Artemis的技术需要足够的计算机处理来评估设备所在的位置，构造适当的噪声进行传输，以便在设备周围进行解析，并解开接收到的噪声，以确定设备已将哪些数据发送回网络。根据Perlman的说法，目前可以用三台服务器完成，每台服务器都有双64核AMD CPU。他预计，该公司将能够在一年内将其部署到一台服务器上。

Perlman认为，pCell网络的两大优势是均匀覆盖和频谱效率。在典型的网络中，设备尝试连接到最近的天线，如有必要，在移动时切换到新天线。这会创建不稳定的覆盖区域，其中各个单元的边界相互作用。有了pCell网络，所有的天线都在一起工作，用所需的噪声覆盖整个区域。无论设备走到哪里，其pCell气泡都会随之移动。

ARTEMIS NETWORKS

另一个优势，频谱效率，可能更重要。虽然频谱效率随着每一代新无线技术的发展而不断提高，但增长速度已经放缓。与仅使用单个天线的5G基站相比，使用4×4 MIMO天线阵列的5G基站每赫兹带宽每秒可以发送1.7倍的比特数。将其升级到16×16阵列，其天线总数是4×4阵列的4倍，并且每赫兹带宽的频谱效率仅为每秒比特数的2.9倍。

然而，在pCell网络中，与单个天线相比，16×16天线阵列每赫兹带宽每秒可以发送43倍的比特数。而且它的规模似乎超出了这个范围。

Artemis于5月在加州圣何塞的SAP中心宣布了其首次大规模pCell安装，该中心是一个曲棍球竞技场和音乐会场地。该网络使用56根天线覆盖13000平方米的竞技场。“如果我增加到112根天线，”Perlman说，“我没有理由相信它的频谱效率不会比56根安装的天线翻一番”。

该公司早在2014年就首次宣布了一个实用的pCell网络。尽管柏林理工大学电气工程教授Giuseppe Caire表示，这一宣布最初遭到了怀疑，但这（讽刺的是）部分是由于沟通失误。“他们将这项技术营销为‘我们有一种称为pCells的革命性想法，它与以前所做的完全不同’。”但Caire说，支撑这项技术的理论思想现在更普遍地被称为无单元大规模MIMO（多输入多输出），几十年来一直以各种形式流传。

Caire最初对Artemis的成就表示怀疑，但在他访问了位于旧金山的公司后，他很快意识到它所取得的成就的重要性。Caire（现在是该公司的技术顾问）将无蜂窝大规模MIMO方法与现有4G LTE和5G标准集成的能力视为Artemis的重大突破。

八年后的今天，Perlman表示，pCell网络的推广出现任何阻碍都不是技术造成的。相反，瓶颈总是在获得频谱方面，他说。在尝试与现有行业合作伙伴合作失败后，美国联邦通信委员会于2017年建立了3.5-GHz频段的公民宽带无线电服务（CBRS）频段，该公司最终决定单干。

除了运动场和SAP中心等室内场地外，其他可能适合pCell网络的地方还有大学校园、仓库和其他可能转向本地化专用网络或需要高蜂窝密度的位置。在未来，Caire看到了蜂窝技术的自然发展需求，在这种技术中，无蜂窝大规模MIMO网络在密集、高流量地区提供覆盖，而蜂窝塔等较旧的基于蜂窝的技术继续在农村地区提供覆盖。

除了蜂窝网络，Perlman还看到了增强现实中pCell网络的最大机遇之一。如果pCell网络能够提供统一且频谱效率高的覆盖范围，那么它们可能将非常适用于即将推出的AR眼镜等。

文章出处：【微信公众号：IEEE电气电子工程师】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。

审核编辑：符乾江