東京理工大學的研究人員為5G 通訊開發了突破性的256 元無線供電收發器陣列，旨在解決低SNR 和物理障礙物導致的訊號阻塞等難題。此陣列利用波束成形和先進的功率轉換技術來提高訊號質量，擴大網路覆蓋範圍，尤其是在非視距環境下。透過大幅提高功率轉換效率和信噪比，此收發器陣列有望擴大5G 的可及性和可靠性，從而促進更普遍、更有效的無線通訊。

東京理工大學的科學家們為非視距5G 通訊設計了一種創新的256 元無線供電收發器陣列。這種新穎的設計具有高效的無線電力傳輸和高功率轉換效率，即使在鏈路阻塞的區域也能增強5G 網路的覆蓋範圍。靈活性和覆蓋範圍的增強有可能使高速、低延遲通訊更加普及。

毫米波5G 通訊使用極高頻無線電訊號（24 至100 GHz），是下一代無線通訊的一項前景廣闊的技術，具有高速度、低延遲和大網路容量的特性。然而，目前的5G 網路面臨兩大挑戰。首先是低信噪比（SNR）。高信噪比是實現良好通訊的關鍵。另一個挑戰是鏈路阻塞，即由於建築物等障礙物導致發射器和接收器之間的訊號中斷。

建議的收發器設計可實現高功率轉換效率和轉換增益，即使在鏈路阻塞的地區也能增強5G 網路的覆蓋範圍。資料來源：2024 年IEEE MTT-S 國際微波研討會

波束成形是使用毫米波進行長距離通訊的關鍵技術，可提高訊號雜訊比。這種技術利用感測器陣列將無線電訊號聚焦成特定方向的窄波束，類似於將手電筒光束聚焦在一個點上。然而，它僅限於視距通信，即發射器和接收器必須在一條直線上，而且接收到的訊號會因障礙物而變差。此外，混凝土和現代玻璃材料也會造成較高的傳播損耗。因此，迫切需要一種非視距（NLoS）中繼系統來擴大5G 網路的覆蓋範圍，尤其是在室內。

為了解決這些問題，東京工業大學（Tokyo Institute of Technology，簡稱”東京工業”）未來科學技術跨學科研究實驗室的白根敦（Atsushi Shirane）副教授領導的研究團隊設計了一種新型無線供電中繼收發器，用於28 GHz 毫米波5G 通訊（如圖1 所示）。他們的研究成果發表在《2024 年IEEE MTT-S 國際微波研討會論文集》。

電路板包括砷化鎵二極體、平衡積體電路、DPDT 開關積體電路和數位積體電路。此電路從24GHz WPT 訊號產生直流，同時將28GHz 射頻訊號下變頻為4GHz 中頻訊號。資料來源：2024 年IEEE MTT-S 國際微波研討會

Shirane在解釋他們的研究動機時說：”此前，針對NLoS通信，人們探索了兩種類型的5G中繼：有源類型和無線供電類型。雖然有源中繼器即使在整流器陣列較少的情況下方也能保持良好的信噪比，但其功耗較高。低於10%。

建議的收發器由256 個整流器陣列組成，具有24 GHz 無線功率傳輸(WPT)。這些陣列由分立積體電路（包括砷化鎵二極體）、平衡器（連接平衡和不平衡（bal-un）訊號線）、DPDT 開關和數位積體電路組成（請參閱圖2）。值得注意的是，收發器能夠同時進行資料和功率傳輸，將24 GHz WPT 訊號轉換為直流電（DC），同時促進28 GHz 雙向傳輸和接收。 24 GHz 訊號在每個整流器上單獨接收，而28 GHz 訊號則利用波束成形技術傳輸和接收。兩個訊號可以從相同或不同的方向接收，28 千兆赫訊號既可以透過24 千兆赫先導訊號的逆反射傳輸，也可以從任何方向傳輸。

測試表明，與傳統收發器相比，建議的收發器可實現54% 的功率轉換效率和-19 分貝的轉換增益，同時還能保持長距離信噪比。此外，它還可實現約56 毫瓦的發電量，並可透過增加陣列數量進一步提高發電量。這還可以提高發射和接收波束的分辨率。 Shirane談到他們的設備的好處時說：”即使在鏈路受阻的地方，擬議的收發器也能為毫米波5G網路的部署做出貢獻，提高安裝靈活性並擴大覆蓋範圍。”

這種新型收發器將使5G 網路更加普及，讓所有人都能享受高速、低延遲的通訊。

編譯自/ scitechdaily