基于毫米波的協調多點網絡

（中國AI網 2025年05月06日）利用毫米波頻段可以潛在地實現VR應用中真實無縫交互所需的高數據速率。所以，在接入點AP和頭戴式顯示器兩側的波束形成十分必要。

這個用例中的主要挑戰是特定的和高度動態的用戶移動，這會導致波束錯位，降低接收到的信號水平，并可能導致中斷。

在一項研究中，荷蘭代爾夫特理工大學和特文特大學團隊探討了基于毫米波的協調多點網絡，其中兩個或多個AP協作將信號傳輸到頭顯以實現連接多樣性。

研究人員提出了一種基于頭顯模擬波束形成的雙波束接收方式，以替代全接收方式，在實現連接多樣性的同時提高服務AP的接收波束形成增益。使用實際頭顯運動數據進行的評估證明了方法的有效性：與兩個服務AP的準全向接收相比，中斷率降低了13%，而與使用服務AP的可操縱單波束接收相比，中斷率降低了17%。

擴大兩個AP之間的分離角度可以進一步降低由于頭部旋轉而導致的中斷率，因為使用可操縱的多波束依然可以追蹤旋轉。

沉浸式虛擬現實應用為汽車、醫療保健、教育和旅游等行業帶來了巨大的前景。實現真正的沉浸式體驗在很大程度上依賴于高速數據傳輸，這對于渲染逼真的環境、促進順暢的交互和實現無縫的內容流必不可少。

對于毫米波（mmWave）頻段，由于它們提供了豐富的帶寬，所以可以很容易地實現非常高的數據速率。但與低頻段相比，毫米波頻段的通信具有較高的路徑損耗，在發射和接收中都需要波束形成增益補償。

當在毫米波網絡中操作VR時，解決用戶移動問題至關重要，因為用戶移動會導致波束失調，從而導致信道增益降低。

早期的研究只考慮了接收（Rx）側的全向或準全向接收，導致低通道增益。這促使團隊將毫米波CoMP網絡與頭顯側的多波束接收集成在一起，以提高通信信道增益。

通過在頭顯采用混合波束形成，可以直接實現多波束接收，其中多個射頻（RF）鏈控制天線元件的子集，以產生針對不同AP的獨立Rx波束。然而，在頭顯使用多個射頻鏈可能效率不高，因為它只會從多個Tx方向接收一個數據流。

另外，在毫米波用戶端采用多個射頻鏈需要大量的能量消耗來操作和處理高帶寬信號，特別是考慮到有限的電池容量。因此，先前的研究主要考慮毫米波用戶設備的模擬波束形成。

在研究中，團隊考慮一個毫米波協調多點網絡。如圖1所示，多個空間分布的AP由中央處理器CPU協調，通過多個指令Tx波束協同為頭顯用戶服務。頭顯采用與Tx光束方向對齊的多個定向Rx光束。

對于采用模擬多波束接收的頭顯而言，從服務AP接收具有建設性的信號至關重要。因此，考慮最大比率傳輸（MRT）預編碼來傳輸來自服務AP的下行信號，確保它們在頭顯的建設性接收。另外，更先進的預編碼技術可以用來減輕多個頭顯用戶存在時的干擾。

當頭顯從AP旋轉超過±90°時，由于頭部的毫米波衍射不貢獻Rx信號，導致沒有AP能夠為其服務，就會發生中斷。一旦回到頭顯的視場范圍內，Rx電平就會恢復。

僅依賴一個AP會導致在該AP離開頭顯視場后不久發生中斷。通過分發更多的AP，可以縮短停機時間，因為其中一個AP將在更長的時間內繼續為頭顯服務。

與固定的準全方位接收相比，使用可操縱波束接收可將中斷率降低13%。中斷率同時隨著?θ的增加而降低，當?θ = 140°時，與單波束接收相比，中斷時間減少了17%。AP之間的較大間隔允許頭顯在旋轉期間的大部分時間由至少一個AP覆蓋，從而降低停機率。

相關論文：User-Movement-Robust Virtual Reality Through Dual-Beam Reception in mmWave Networks

總的來說，研究人員提出了一種集成毫米波協調多點網絡和頭顯可操縱雙波束接收的用戶運動魯棒VR方法。與全接收HMD相比，所提出的雙波束接收頭顯顯著提高了信道增益，因為它們允許利用陣列增益。

對雙波束增益的分析表明，波束方位分離與波束形成增益之間存在非線性關系。通過基于真實頭顯運動數據的信道仿真，可以觀察到當服務AP由于頭部旋轉而不在視線范圍內時接收信號中斷的情況。在頭顯采用兩個相距很遠的服務AP，并具有可操縱的雙波束接收，可以降低中斷率。這強調了在用戶周圍戰略性地分布服務AP的重要性，以防止快速用戶轉動造成的中斷。

未來的研究將考慮在多頭顯場景中使用更多分布式AP，包括優化多向模擬波束形成中的波束功率分配。