无线接收器可阻挡干扰，提高移动设备性能 | MIT 新闻

从 5G 手机到自动驾驶汽车传感器，高速无线通信设备日益普及，导致无线电波越来越拥挤。这使得屏蔽可能影响设备性能的干扰信号的能力变得更加重要，也更具挑战性。

考虑到这些和其他新兴应用，麻省理工学院的研究人员展示了一种新的毫米波多输入多输出 (MIMO) 无线接收器架构，它可以处理比以前的设计更强的空间干扰。MIMO 系统有多个天线，使它们能够从不同方向发送和接收信号。它们的无线接收器可以在不需要的信号被放大之前尽早感知并阻止空间干扰，从而提高性能。

这种 MIMO 接收器架构的关键是一种可以瞄准和消除无用信号的特殊电路，称为非互易移相器。通过制作一种可重构、低功耗且紧凑的新型移相器结构，研究人员展示了如何使用它在接收器链的早期消除干扰。

他们的接收器可以阻挡高达一些类似设备的四倍的干扰。此外，可以根据需要打开和关闭干扰阻挡组件以节省能源。

在手机中，这样的接收器可以帮助缓解可能导致 Zoom 通话或视频流缓慢且不流畅的信号质量问题。

“我们试图用于新 5G 和 6G 系统的频率范围已经得到了大量利用。因此，我们试图添加的任何新功能都应该已经安装了这些干扰缓解系统。在这里，我们已经证明，在这种新架构中使用非互易移相器可以提高我们的性能。这非常重要，特别是因为我们与其他人使用相同的集成平台，”X-Window 联盟职业发展助理教授、电子工程和计算机科学系 (EECS) 的 Negar Reiskarimian 表示，他是微系统技术实验室和电子研究实验室 (RLE) 的成员，也是一篇论文的高级作者 本接收器上的论文。

Reiskarimian 与 EECS 研究生 Shahabeddin Mohin（第一作者）、Soroush Araei 和 RLE 博士后 Mohammad Barzgari 共同撰写了这篇论文。该论文最近在 IEEE 射频电路研讨会上发表，并获得了最佳学生论文奖。

阻断干扰

数字 MIMO 系统包含模拟和数字部分。模拟部分使用天线接收信号，信号经过放大、下变频，并通过模数转换器，然后在设备的数字域中进行处理。在这种情况下，需要数字波束成形来检索所需信号。

但是，如果来自不同方向的强干扰信号与有用信号同时到达接收器，它会使放大器饱和，从而淹没有用信号。数字 MIMO 可以滤除无用信号，但这种滤除发生在接收器链的后期。如果干扰与有用信号一起被放大，则后期滤除会更加困难。

Reiskarimian 说：“初始低噪声放大器的输出是我们能够以最小代价进行滤波的第一个地方，这正是我们采用的方法。”

研究人员在每个接收器链中第一个放大器的输出端直接构建并安装了四个非互易移相器，它们都连接到同一个节点。这些移相器可以双向传递信号，并感应传入干扰信号的角度。这些设备可以调整相位，直到消除干扰。

这些设备的相位可以精确调整，因此它们可以在干扰信号传递到接收器的其余部分之前感知并消除干扰信号，从而在干扰信号影响接收器的任何其他部分之前将其阻止。此外，如果干扰信号改变位置，移相器可以跟踪信号以继续阻止干扰。

“如果您开始断线或信号质量下降，您可以打开它并即时缓解干扰。因为我们采用的是并行方法，所以您可以打开和关闭它，而对接收器本身的性能影响最小，”Reiskarimian 补充道。

紧凑型设备

除了使其新颖的移相器架构可调之外，研究人员还设计它们以使其比典型的非互易移相器占用更少的芯片空间并消耗更少的功耗。

一旦研究人员完成分析并证明他们的想法可行，他们面临的最大挑战就是将理论转化为实现其性能目标的电路。与此同时，接收器必须满足严格的尺寸限制和严格的功率预算，否则它在现实世界的设备中就无法使用。

最终，该团队在一块 3.2 平方毫米的芯片上展示了一种紧凑型 MIMO 架构，该架构可以阻挡比其他设备处理能力强四倍的信号。与典型设计相比，他们的移相器架构更简单，也更节能。

展望未来，研究人员希望将他们的设备扩展到更大的系统，并使其能够在 6G 无线设备使用的新频率范围内运行。这些频率范围容易受到卫星的强烈干扰。此外，他们还希望将非互易移相器应用于其他应用。

这项研究得到了麻省理工学院集成电路与系统中心的部分支持。