SBIR Phase II: Large Arrays for 5G MU-MIMO Wireless Access Operating in mm-wave Frequency Bands

SBIR 第二阶段:在毫米波频段运行的 5G MU-MIMO 无线接入大型阵列

基本信息

  • 批准号:
    1927011
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2021-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this project focuses on the development of a patented radio front-end supporting multi-user MIMO capability for the 5G mm-wave infrastructure market that would enable cost efficient, high data rate access wirelessly as opposed to cost prohibitive fiber-based data connectivity. Cellular and Wi-Fi networks are hitting a spectrum bottleneck in terms of their ability to offer higher data rates to densely populated areas and the same in a cost-efficient manner to remote rural areas. Advent of 5G cellular networks with new bands in the mm-wave frequency spectrum (between 28-70 GHz) alleviates these issues. RF Pixels' innovative mm-wave radio front-end will enable spectrum efficient communication through frequency re-use to spatially separated users at a fraction of the cost compared to known solutions. Thousands of mobile internet users can enjoy high data rates simultaneously without being starved of spectrum. Data heavy paradigms connecting consumer devices and the cloud, such as wireless virtual reality headsets and robotic personal assistants can be implemented with ease. Virtual and augmented reality based remote educational programs, online health care, smart cities, smart transportation and other new low-latency services will be enhanced delivering major economic and societal impact.This Small Business Innovation Research Phase II project proposes a revolutionary tile architecture that enables massive multi-user MIMO techniques for mm-wave radio systems, without the hardware and power consumption costs of full digital solutions. The radio can efficiently reuse the spectrum between spatially diverse users with active beamforming. Multitude of tiles will be used in a large array making it crucial to achieve excellent power efficiency at the tile level. Tile-to-tile variations hamper accurate beamforming requiring calibration. Beam discovery, refinement and tracking of multiple mobile users simultaneously requires investigation. In Phase I feasibility of a tile architecture that achieves multi-user MIMO and scale to large element arrays was proven. This project will investigate clock generation and coherent distribution to every tile in a large array for accurate beamforming and interference cancellation. Turnkey approach for packaging and antenna array design will be investigated. Impact of tile-to-tile variations on beamforming accuracy and calibration algorithms to mitigate variations will be studied. New algorithms will aim to achieve low-sensitivity to post-calibration errors without much downtime. Beam management algorithms for accurate tracking of mobile users compatible with guidelines of 5G NR standard will be developed.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目的更广泛的影响/商业潜力着重于开发专利的无线电前端,支持5G MM波的基础设施市场支持多用户MIMO能力,该市场将使成本效率高,高数据速率无线访问与基于成本的纤维数据连接相反。蜂窝和Wi-Fi网络正在以其能力为人口稠密的地区提供更高的数据速率的能力,并以具有成本效益的方式向偏远的农村地区提供较高的数据速率。 5G蜂窝网络的出现在MM波频谱中具有新频段(28-70 GHz之间)减轻了这些问题。与已知解决方案相比,RF Pixels的创新MM-Wave无线电前端将通过频率重复使用频率重复使用,以频率重复使用的频率重复使用,从而以空间分离的用户提供频谱有效的通信。成千上万的移动互联网用户可以同时享受高数据率,而不会饿死。可以轻松地实现与无线虚拟现实耳机和机器人个人助理等连接消费者设备和云的重型范式。虚拟和增强现实基于现实的远程教育计划,在线保健,智能城市,智能运输和其他新的低延迟服务将得到增强,从而产生重大的经济和社会影响。这项小型企业创新研究阶段II阶段II项目提出了一个革命性的瓷砖架构,该项目可实现大型多用量用户MIMO MIMO MIMO技术,即MM-Wave Radio Systems,无需使用硬件和电力的数字成本,就可以实现MM-Wave Radio Systems,而无需完整的数字成本。无线电可以有效地重复使用具有主动波束形成的空间多样的用户之间的频谱。大量瓷砖将用于大型阵列,这对于在瓷砖水平上实现出色的功率效率至关重要。瓷砖到瓷砖的变化会妨碍需要校准的精确光束形成。多个移动用户的光束发现,改进和跟踪需要调查。在第一阶段的可行性中,证明了实现多用户MIMO并扩展到大元素阵列的瓷砖体系结构。该项目将在大型阵列中调查向每个瓷砖的时钟生成和相干分布,以进行准确的波束形成和干扰取消。将研究包装和天线阵列设计的交钥匙方法。将研究瓷砖变化对波束形成精度和校准算法对减轻变化的影响。新的算法将旨在实现对验证后错误的低敏性,而不会停机太多。将开发与5G NR标准指南相兼容的移动用户的光束管理算法。该奖项反映了NSF的法定任务,并且使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估标准,认为值得通过评估来获得支持。

项目成果

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