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天线设计提高 AR/VR 设备的性能

在寻求将设备与系统提升至更高水平的过程中,增强现实/虚拟现实 (AR/VR) 的设计人员都将大部分的精力用在了内容开发当中。另一方面,数据进入到设备的方式一直都处于不那么优先的位置。但是,在设计人员投身到商业化的过程中,如果没有数据通信方面的进展,就不可能实现重要的改进。通信系统和天线技术对于这一进展来说是非常重要的一步。

1.脱离网络

5f51f98dc5.png时至今日,优质的 AR/VR 体验所需的数据量使得无法避免的要采用网络共享。然而,大多数的专家都同意的是,为了使 AR/VR 达到所需的移动性,从而提供实际并且/或者全沉浸式的体验,设备需要脱离开网络(VR 之路,2018 年 1 月)。那么,如何在不接线的情况下,传输高品质 AR/VR 体验所需的海量数据呢?

 “当前,对于 AR/VR 的设计人员来说,通信似乎是一个事后再考虑的事项。”Molex 天线业务发展经理 Matt McWhinney 表示。“他们倾向于关注的是图形以及需要为应用和内容提供支持的复杂的软件/固件层。这就是大多数的 AR/VR 设备仍然采用有线方式的原因;当前来说,与内容相比,是否转为无线应用则是一个关注度较低的问题。”
此外,极高数据速率的无线传输仍然要等待新通信技术的部署,例如 5G 网络等,这类技术将部分的依赖于新一代的天线。尤其在于,在 5G 的部署中,根据有关 5G 无线接入的爱立信白皮书,多天线传输和波束成型将发挥关键性的作用。


2. 通过波束控制命中移动目标
许多的 AR/VR 系统都希望用户有所动作 – 不仅仅是活动他们的头部和双手,还包括他们的双脚,需要移动步伐。在系统的一端或两端同时发生移动的过程中,传输发挥出 AR/VR 的有效性能所需的海量数据,已经被证明是极其困难的。为了以极高的效率在运动的网络之间传输大量的数据,一种称为“波束控制”的技术将发挥关键的作用。波束控制技术不再在所有方向上发射宽带无线数据信号,而是将数据发送到需要该数据的具体的用户位置处。这样可以节省功率,使更多的用户可以获得高带宽的无线信号,防止信号之间相互干扰。
如何实现波束控制:
第 1 步:识别并定位 AR/VR 模块;确定其各端点位于何处。
第 2 步:计算如何以及在何处形成无线窄束图形,从而可以只将精确的直接信号发送到所需的端点天线处。
第 3 步:设置发往端点的通信信号。
 “波束控制现已成为可能。”McWhinney 表示说。“但是,如果发射机和接收机之间的相对运动过大,那么需要额外的工作才能持续的更新“波束”所指向的位置,从而保持两端的连接。目前来说,实现这一点较为困难,可能这就是数据密集型的 AR/VR 系统并未采用无线链路来交换信息的最大的一个原因。新兴的 5G 通信将必须解决这一问题。”


3. 解决延迟问题
8fa25f5ee4.png提供实际内容所需的海量数据往往跟不上我们的头部和双眼的运动,这样就会造成延迟问题,然后,导致无法达到沉浸式的 AR/VR 体验。目前来说,对于在线游戏,从鼠标移动到屏幕上发生相应的动作,会有 50 毫秒 (ms) 的滞后时间。另一方面,如果要使 AR/VR 真正达到沉浸式的效果,滞后时间需要控制在 15 到 7 ms。
如果要解决延迟上的问题,那么将需要速度更快的处理器。因此,对于 AR/VR 的网络共享来说,延迟的解决办法在于开发超高速的通信技术,例如 5G 等等,以及开发各种天线。通过实现极高数据速率的无线传输,5G 将发挥关键性的作用,将延迟降低至低达 2 ms 的水平。


4. 缩小体积和重量
然后,就是有关尺寸和重量的问题。当今许多的 AR/VR 头戴设备都过于笨重,无法舒适的在工作场所穿戴,或者无法穿戴较长的时间。如果要使 AR/VR 设备在日常生活中有效的发挥作用 – 比如说,让外科医生佩戴智能眼镜,那么设备就必须做到紧凑、舒适。这意味着需要减轻设备电源、内部组件和功能的体积和重量,其中便包括了天线。在设计阶段的开发过程中,应该尽早的实施这类的考量因素。
 “比如说,笨拙的原型机中可以使用的标准天线可能对于精巧的消费版本来说过大。”McWhinney 解释说。“与今天相比,天线的集成、规格制定以及设计应当在 AR/VR 设备设计过程中尽早的开始。”
为 AR/VR 设备交付天线解决方案
Molex 正在发挥自身的作用,通过创新性的定制天线、MID/LDS 功能以及特定应用电子封装 (ASEP) 解决方案来助力突破 AR/VR 技术中的一些障碍。Molex 还与从事 5G 系统创新的企业开展密切的合作,随着下一代的网络将于 2020 年开始部署,将协助设备制造商,例如开发 AR/VR 系统的制造商,来将 5G 通信功能集成到他们自身的模块当中。
 
此外,在从数据通信到紧凑性在内的范围内,有效的天线设计将对 AR/VR 设备的性能产生深远的影响。“我们往往从标准天线开始,与客户一道来将天线集成到他们的设计当中。”McWhinney 解释道。“如果性能或尺寸达不到他们的要求,我们就将转向定制的解决方案。”
通过将成型互连设备 (MID) 技术与激光直接成型 (LDS) 相结合,Molex 可以通过一次成型的设备提供集成的细螺距三维电路。另外,ASEP 作为 Molex 的创新成果,可以实现电子功能制造工艺的转型。MID/LDS 和 ASEP 技术都是 Molex 的实力所在,可以将天线集成到您的设计中,与此同时还可节省空间并提高性能。

 

 

 

 

By James Blankley

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