Advanced Beamforming Techniques for Near Field MIMO Systems
- Reference number
- ID24-0074
- Project leader
- Björnson, Emil
- Start and end dates
- 250101-291231
- Amount granted
- 3 250 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The efficiency of wireless communication systems must increase for each network generation to manage the ever-growing data traffic. The multi-antenna multiple-input-multiple-output (MIMO) technology is the key. One of the most fundamental differences between existing systems and forthcoming 6G-grade MIMO technology is that the latter makes the near-field zones so large that most user devices will reside in them. The presence of this non-negligible near-field zone enables very precise beamfocusing but also raises new fundamental research challenges, related to near-field-specific channel modeling, novel beamforming solutions to operate efficiently in the near field, as well as new evaluation techniques required to accurately assess the performance of these novel near-field communication systems. In this project, the above-mentioned challenges will be addressed by combining the advanced theoretical foundation for MIMO systems (based on communication theory and signal processing) and preliminary studies of near-field communications at KTH with decades of hands-on experience in practical beamforming solutions developed by Ericsson. The doctoral student, co-supervised by academic and industry mentors, will thus develop novel but grounded-in-reality and implementable solutions to rapidly increase the efficiency of beamforming for 6G MIMO systems when operating in their near field. This will turn near-field MIMO from a theoretical concept to a practical 6G technology component.
Popular science description
Samhället digitaliseras i snabb takt, vilket innebär att alla elektroniska apparater blir trådlöst uppkopplade och information strömmar sömlöst mellan den fysiska och digitala världen. Den digitala transformationen får till följd att datatrafiken, antalet anslutna apparater och kraven på den trådlösa tekniken också ökar i snabb takt. Därför måste ny effektivare teknik ständigt utvecklas, med avseende på spektral-, energi- och kostnadseffektivitet. På senare år har fokus i teknikutveckling skiftat från att ha mer frekvensspektrum till att använda fler antenner, i form av gruppantenner i både användarenheten och mobilmasterna. Denna teknikutveckling behöver fortsätta i 6G eran som kommer prägla den trådlösa kommunikationstekniken i nästa årtionde. Detta industridoktorand-projekt tar avstamp i vetenskapliga rön som utvecklats i akademin under de senaste åren. När gruppantennen på mobilmasten blir fysisk stor (några meter) och våglängden på signalerna krymper så dyker nya fysikaliska fenomen upp när de trådlösa signalerna färdas mellan sändaren och mottagaren. Dessa fenomen hos de elektromagnetiska fälten kunde tidigare bara uppmätas nära sändaren och kallas därför närfältsegenskaper. Men i 6G kommer närfältet nå hundratals meter och därför täcka in de flesta användarenheter som kopplas upp mot mobilmasten. I närfältet kan de trådlösa signalerna fokuseras mycket precist och därmed möjliggöra högre effektivitet i dataöverföringen och samtidig sändning av många datasignaler. Tidigare akademiska arbeten har fastställt de grundläggande nätfältsegenskaperna under ideala förhållanden såsom ekofri signalutbredning, perfekt kanalkännedom och användning av algoritmer med hög beräkningskomplexitet. Detta projekt fokuserar på att ta tekniken närmre praktisk användning i 6G genom samarbete mellan KTH och Ericsson. En doktorand kommer utveckla tekniken genom att skapa nya realistiska modeller för den trådlösa vågutbredningen, nya effektiva algoritmer för signalfokusering och metoder för att hantera osäkerheter i kanalkännedomen. Metoderna och resultaten kommer utvärderas matematiskt, numeriskt och genom mätningar. Om projektet lyckas kommer de nya tekniken kunna göra framtidens 6G-teknik snabbare och energieffektivare. Resultaten kommer publiceras i tidskrifter, patenteras och kan bidra till 6G-standarden. Efter projektet kan doktoranden fortsätta utveckla tekniken på Ericsson.