Intelligent Wireless Networks With Innovative MIMO Topology
- Reference number
- FFL18-0277
- Project leader
- Björnson, Emil
- Start and end dates
- 200401-250331
- Amount granted
- 12 000 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The cellular network technology has evolved over 5 generations (1G to 5G), but the need for more efficient and reliable wireless communication is never-ending. To take the next major step, we must think outside the box; we need to leave the cellular topology with its compact MIMO antenna boxes and spread the antennas over the coverage area; we need to stop creating cells with competing antenna boxes and instead design a cell-less network topology where the antennas jointly provide ubiquitous connectivity. This project lays the foundation for this development and its use in 6G. The project has 4 work packages: 1) Explore the use of large-aperture antenna surfaces, instead of compact boxes, to achieve vastly higher spatial signal directivity and interference control. The key signal processing algorithms for intelligent data communication and synchronization will be developed, and the antenna topology will be optimized. 2) Utilize reconfigurable semi-passive reflective surfaces to adapt the wireless propagation to optimal communication. 3) Develop scalable algorithms for cell-less communication and time/frequency/space resource allocation. 4) Evaluate and optimize the gains of the new antenna topologies and network operations in terms of spectral and energy efficiency, reliability, and new 6G metrics that will arise. Patents on basic functionalities will be filed in collaboration with the industry, while results and algorithms will be disseminated in journals.
Popular science description
Smarta telefoner och pekplattor har blivit naturliga arbets- och underhållningsapparater. Vi är på väg att skapa ett uppkopplat samhälle där tillgången till trådlös kommunikation blir lika självklar som tillgången till elektricitet och rent vatten. Nästa steg i utvecklingen är att skapa smarta hem och städer där alla elektriska apparater är trådlöst uppkopplade för att kunna kommunicera med varandra och med oss människor. Datatrafiken i mobiloperatörernas nät har fördubblats varje 1–2 år under de senaste decennierna och det finns ingen anledning att tro att ökningstakten kommer minska, utan snarare öka när fler apparater blir uppkopplade. För att kunna leverera mer och mer data per sekund och område måste mobilnäten ständigt utvecklas och bli mer effektiva. En ny generation av trådlös teknik introduceras därför vart tionde år och finjusteras däremellan. Den femte generationen (5G) introducerades 2019 och det är nu dags för forskarvärlden att vända blicken mot framtiden. Detta projekt utforskar hur mobilnäten kan designas på ett mycket mer effektivt sätt i framtiden och i grunden handlar det om att tänka utanför (antenn)boxen. Den nuvarande och alla tidigare generationer är så kallade cellulära nätverk där världen delas in i icke-överlappande områden som kallas celler. Användarna som befinner sig i en cell skickar trådlösa signaler till basstationen som finns i cellen. Varje basstation sitter i en mast och består av en kompakt antennbox som är ungefär en meter hög och ibland även en meter bred. Dessa basstationer konkurrerar med varandra genom att samtidigt använda samma frekvenser, vilket leder till störningar. Dessa störningar sätter gränser på hur effektiv den nuvarande tekniken kan bli. I detta projekt utforskar vi sätt att designa framtida mobilnät för att skicka mer data med högre pålitlighet och lägre energiförbrukning. Istället för att ha kompakta antennboxar så studerar vi antennytor som är så stora att de kan göras ”osynliga” genom att integreras i husväggar. Detta ger en enormt bättre riktverkan så att mindre signalenergi försvinner längs vägen. Vi kommer även utforska användningen av specialytor som inte skapar trådlösa signaler, men som kan anpassa hur de reflekterar signaler för att fokusera de mot användarna. Slutligen kommer även metoder utvecklas för att hela mobilnätet ska kunna operera på ett gemensamt sätt istället för att delas in i celler, vilket ger lägre störningar då varje användare servas av alla närliggande antenner.