A new paradigm of multiple antenna communications for 6G
- Reference number
- IS24-0190
- Project leader
- Björnson, Emil
- Start and end dates
- 241101-271231
- Amount granted
- 4 900 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
To achieve high throughput and ubiquitous connectivity requirements of future wireless networks, 6G will focus on extremely large-scale multiple-input multiple-output (XL-MIMO) and disaggregated cell-free (CF) network architectures. An integration of these key enablers leads to CF-XL-MIMO, which provides remarkable improvement in spectral and energy efficiencies, but poses practical challenges: First, excessive hardware/computation costs of extremely many antennas force to leverage cost-effective metasurface-based implementation. Second, disaggregated architectures of CF networks require decentralized management protocols for distributed base stations. To overcome these issues, it is necessary to develop the foundations for an innovative CF-XL-MIMO system, spearheaded by new fundamental models, theory, and methodologies. Our research goals include the identification of hardware requirements and channel models as well as the development of channel estimation, beamforming, and resource allocation strategies. 1st year: Modeling and verification of hardware characteristics and impairments. 2nd year: Beamforming and system optimization, model-based and with AI/ML. 3rd year: Channel estimation and resource allocation. The planned collaboration leverages the Swedish and Korean teams' unique and world-renowned strengths and know-how in multi-antenna communications to innovate the CF-XL-MIMO technology.
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 den 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 tekniken i nästa årtionde. I detta projekt samarbetar världsledande forskare i Sverige och Korea för att utveckla grundtekniken i form av modeller och algoritmer. Utveckling kommer gå i två riktningar: flerantenner per accesspunkt och samarbeta mellan accesspunkterna. Dessa inriktningar har tidigare studerats separat, men kommer mötas i detta projekt. Våra forskningsmål inkluderar identifiering av hårdvarukrav och kanalmodeller samt utveckling av algoritmer för kanalskattning, lobformning och resursallokering. Det är fyra egenskaper som gör den nya teknik som projektet utvecklar annorlunda och vetenskapligt utmanande. För det första leder kombinationen av fler antenner och kortare våglängderi 6G-frekvensband till att nya utbredningsfenomen blir dominerande. Detta innebär att algoritmer måste designas om för att passa och utnyttja de nya villkoren till fullo. För det andra måste antennarrayerna byggas på ett nytt sätt, med hjälp av metamaterial, för att bli kostnadseffektiva. Detta leder till nya hårdvarumodeller och -egenskaper som kräver skräddarsydda algoritmer. För det tredje kommer realtidssamarbete mellan accesspunkter tjäna gränserna för vad som är algoritmiskt möjligt. Slutligen måste nya metoder utvecklas för att mäta kommunikationskanaler på ett resurssnålt sätt eftersom många parametrar måste mätas varje millisekund. Detta samarbetsprojekt inom 6G-teknik förväntas leda till avancerade teoretiska modeller, innovativa signalbehandlingsalgoritmer, betydande bidrag till 6G-standardisering, högkvalitativa akademiska publikationer och etableringen av ett internationellt forskningsnätverk. Allt detta syftar till att bidra till en banbrytande trådlös kommunikationsteknik med högre datahastigheter, tillförlitlighet och energieffektivitet.