荷兰高校提出毫米波VR双波束接收方案，头部旋转中断率降低17％
基于毫米波的协调多点网络
（映维网Nweon 2025年05月06日）利用毫米波频段可以潜在地实现VR应用中真实无缝交互所需的高数据速率。所以，在接入点AP和头戴式显示器两侧的波束形成十分必要。
这个用例中的主要挑战是特定的和高度动态的用户移动，这会导致波束错位，降低接收到的信号水平，并可能导致中断。
在一项研究中，荷兰代尔夫特理工大学和特文特大学团队探讨了基于毫米波的协调多点网络，其中两个或多个AP协作将信号传输到头显以实现连接多样性。
研究人员提出了一种基于头显模拟波束形成的双波束接收方式，以替代全接收方式，在实现连接多样性的同时提高服务AP的接收波束形成增益。使用实际头显运动数据进行的评估证明了方法的有效性：与两个服务AP的准全向接收相比，中断率降低了13%，而与使用服务AP的可操纵单波束接收相比，中断率降低了17%。
扩大两个AP之间的分离角度可以进一步降低由于头部旋转而导致的中断率，因为使用可操纵的多波束依然可以追踪旋转。
沉浸式虚拟现实应用为汽车、医疗保健、教育和旅游等行业带来了巨大的前景。实现真正的沉浸式体验在很大程度上依赖于高速数据传输，这对于渲染逼真的环境、促进顺畅的交互和实现无缝的内容流必不可少。
对于毫米波（mmWave）频段，由于它们提供了丰富的带宽，所以可以很容易地实现非常高的数据速率。但与低频段相比，毫米波频段的通信具有较高的路径损耗，在发射和接收中都需要波束形成增益补偿。
当在毫米波网络中操作VR时，解决用户移动问题至关重要，因为用户移动会导致波束失调，从而导致信道增益降低。
早期的研究只考虑了接收（Rx）侧的全向或准全向接收，导致低通道增益。这促使团队将毫米波CoMP网络与头显侧的多波束接收集成在一起，以提高通信信道增益。
通过在头显采用混合波束形成，可以直接实现多波束接收，其中多个射频（RF）链控制天线元件的子集，以产生针对不同AP的独立Rx波束。然而，在头显使用多个射频链可能效率不高，因为它只会从多个Tx方向接收一个数据流。
另外，在毫米波用户端采用多个射频链需要大量的能量消耗来操作和处理高带宽信号，特别是考虑到有限的电池容量。因此，先前的研究主要考虑毫米波用户设备的模拟波束形成。
在研究中，团队考虑一个毫米波协调多点网络。如图1所示，多个空间分布的AP由中央处理器CPU协调，通过多个指令Tx波束协同为头显用户服务。头显采用与Tx光束方向对齐的多个定向Rx光束。
对于采用模拟多波束接收的头显而言，从服务AP接收具有建设性的信号至关重要。因此，考虑最大比率传输（MRT）预编码来传输来自服务AP的下行信号，确保它们在头显的建设性接收。另外，更先进的预编码技术可以用来减轻多个头显用户存在时的干扰。
当头显从AP旋转超过±90°时，由于头部的毫米波衍射不贡献Rx信号，导致没有AP能够为其服务，就会发生中断。一旦回到头显的视场范围内，Rx电平就会恢复。
仅依赖一个AP会导致在该AP离开头显视场后不久发生中断。通过分发更多的AP，可以缩短停机时间，因为其中一个AP将在更长的时间内继续为头显服务。
与固定的准全方位接收相比，使用可操纵波束接收可将中断率降低13%。中断率同时随着∆θ的增加而降低，当∆θ = 140°时，与单波束接收相比，中断时间减少了17%。AP之间的较大间隔允许头显在旋转期间的大部分时间由至少一个AP覆盖，从而降低停机率。
相关论文：User-Movement-Robust Virtual Reality Through Dual-Beam Reception in mmWave Networks
总的来说，研究人员提出了一种集成毫米波协调多点网络和头显可操纵双波束接收的用户运动鲁棒VR方法。与全接收HMD相比，所提出的双波束接收头显显著提高了信道增益，因为它们允许利用阵列增益。
对双波束增益的分析表明，波束方位分离与波束形成增益之间存在非线性关系。通过基于真实头显运动数据的信道仿真，可以观察到当服务AP由于头部旋转而不在视线范围内时接收信号中断的情况。在头显采用两个相距很远的服务AP，并具有可操纵的双波束接收，可以降低中断率。这强调了在用户周围战略性地分布服务AP的重要性，以防止快速用户转动造成的中断。
未来的研究将考虑在多头显场景中使用更多分布式AP，包括优化多向模拟波束形成中的波束功率分配。
