TMYTEK выпустила исследовательскую платформу 6G FR3 для перехода от моделирования алгоритмов к натурным измерениям по радиоэфиру (OTA). Модульная система работает в верхней части среднего диапазона 7,125–8,3 ГГц и объединяет фазированную антенную решётку BBox Lite FR3, реконфигурируемую интеллектуальную поверхность XRifle Dynamic RIS FR3 и двунаправленный преобразователь частоты UD Box 0630 с диапазоном 6–30 ГГц.
Архитектура позволяет дополнить имеющиеся SDR-платформы диапазона ниже 6 ГГц, устройства USRP и лабораторное контрольно-измерительное оборудование, не заменяя базовую инфраструктуру формирования сигнала. В одной испытательной среде можно совместить преобразование частоты, активное формирование луча и программируемое отражение радиосигнала. Среди заявленных применений — исследование радиоканала, MIMO, интеграция связи и зондирования (ISAC), радиолокация, распространение вне прямой видимости (NLoS), спутниковая связь и другие направления беспроводных систем следующего поколения.
От моделирования к OTA-измерениям
Исследования частот выше 7 ГГц ускоряются по мере подготовки отрасли к 6G. В 3GPP Release 19 появились усовершенствованные модели каналов для диапазона 7–24 ГГц. Следующим этапом должна стать работа над нормативными спецификациями 6G в рамках Release 21, поэтому разработчикам требуется сопоставлять результаты моделирования с измерениями реальных радиосигналов.
Параллельно ITU-R в рамках пункта 1.7 повестки WRC-27 изучает условия совместного использования и совместимости спектра, включая диапазон 7,125–8,4 ГГц, для возможного применения в системах IMT.
Поведение радиоканала в реальной среде зависит от отражений, многолучевого распространения, затенения, движения и изменения условий прямой видимости. TMYTEK разработала платформу FR3 как управляемый путь от программного моделирования и алгоритмов к воспроизводимым OTA-измерениям.
«6G нельзя определить одним лишь моделированием. В конечном счёте систему необходимо измерить, воспроизвести и проверить по радиоэфиру. Сделав программируемыми тракт сигнала, луч и среду распространения, исследователи смогут быстрее получать экспериментальные данные, сравнивать измеренное поведение с моделированием и проверять проекты систем следующего поколения».
Су-Вэй Чанг (Su-Wei Chang), основатель и президент TMYTEK
От лабораторного стенда к реалистичным сценариям FR3
Три блока платформы управляют разными участками экспериментального радиотракта. BBox Lite FR3 задаёт передаваемый луч, XRifle Dynamic RIS FR3 изменяет среду распространения, а UD Box 0630 подключает испытательную инфраструктуру диапазона ниже 6 ГГц к частотам FR3. Такая конфигурация позволяет контролируемо исследовать затенение, отражения, движение, многолучевое распространение и изменение прямой видимости.
BBox Lite FR3 переключает луч менее чем за 2 мкс
BBox Lite FR3 — модульный формирователь луча с фазированной антенной решёткой для исследований в диапазоне 7,125–8,3 ГГц. В него входят радиочастотный модуль диапазона 7–16 ГГц и модульный комплект двухполяризационной фазированной решётки. Один блок содержит четыре независимо управляемых радиочастотных канала и поддерживает гибкую конфигурацию активных подрешёток.
Антенна построена как двухполяризационная решётка 4 × 4 из 16 элементов. Можно активировать горизонтальную подрешётку 1 × 4, вертикальную 4 × 1 либо квадратную 2 × 2. Четыре независимых канала соединяют формирователь луча с антенной коаксиальными кабелями SMA–SMPM. Каждый канал обеспечивает фазовый диапазон 360° с шагом 2,8°, а усиление регулируется в пределах 31 дБ с шагом 0,5 дБ. Через интерфейс SPI устройство поддерживает переключение режимов приёма и передачи и смену луча менее чем за 2 мкс. Это рассчитано на эксперименты с динамическим формированием и сопровождением луча, ISAC и радиолокацией, где важна малая задержка управления.
Несколько BBox Lite FR3 можно использовать параллельно. Лаборатория может начать с одного настольного комплекта, а затем увеличить систему до более крупной решётки и конфигурации MIMO 4T4R для многоканальных пространственных исследований.
XRifle Dynamic RIS FR3 программирует среду распространения
XRifle Dynamic RIS FR3 расширяет платформу реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей TMYTEK на верхний средний диапазон FR3 7,125–8,4 ГГц. Устройство использует матрицу 16 × 16 из 256 элементов на PIN-диодах с однобитным управлением фазой: 0° или 180°. Переключение луча занимает менее 10 мкс, поэтому отражённый радиотракт можно динамически перестраивать во время OTA-эксперимента. Углы падения и отражения достигают ±60° в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Согласно техническому описанию, на частоте 7,7 ГГц при угле падения 0° усиление эффективной площади рассеяния (RCS) составляет 45–50 дБ, а ширина луча по уровню 3 дБ — 6–13°.
Узкая рамка позволяет объединять несколько панелей RIS в отражающую поверхность большего размера. Платформа использует существующий SPI-контроллер XRifle и API TLKCore, что сокращает объём дополнительной аппаратной и программной интеграции для нынешних пользователей XRifle.
RIS можно применять для расширения покрытия вне прямой видимости, исследования каналов FR3 и распространения сигнала, проверки формирования луча RIS, прототипов ISAC, многопользовательских систем MIMO и экспериментов с пространственным мультиплексированием.
UD Box 0630 переносит имеющиеся SDR в диапазон FR3
UD Box 0630 служит частотным мостом между имеющейся аппаратурой основной полосы и радиочастотным трактом FR3. Двунаправленный преобразователь охватывает радиочастотный диапазон 6–30 ГГц, промежуточные частоты 1–8 ГГц и мгновенную полосу 1 ГГц. С его помощью распространённые SDR, векторные генераторы и анализаторы сигналов VSG/VSA, а также векторные приёмопередатчики VST могут работать в диапазонах FR3, FR2, Ku и на других более высоких частотах.
Двухканальная архитектура RF/IF включает встроенный гетеродин и прецизионный термостатированный кварцевый генератор OCXO. Общий гетеродин и синхронизация по опорным сигналам 10 и 100 МГц поддерживают фазокогерентные многоканальные конфигурации для MIMO, фазированных решёток, радиолокации и спутниковой связи.
Преобразователь поддерживает управление через Ethernet и SPI, а также интеграцию с API комплекта TMXLAB для Python, MATLAB, LabVIEW, C++ и C#.
Одна платформа для нескольких направлений исследований 6G
В сквозной схеме имеющийся SDR формирует сигнал основной полосы, UD Box 0630 переносит его в FR3, BBox Lite FR3 управляет активным лучом, а XRifle Dynamic RIS FR3 изменяет среду распространения. Такая архитектура рассчитана на воспроизводимые OTA-исследования каналов FR3, формирования луча и MIMO, ISAC, радиолокации, программируемых каналов NLoS, многопользовательского пространственного мультиплексирования и проверки сигналов спутниковой связи.
Модульный подход позволяет начать с имеющегося SDR и наращивать радиочастотную часть по мере усложнения экспериментов, не заменяя весь испытательный стенд при переходе из диапазона ниже 6 ГГц или FR2 в FR3.