Intelligenta trådlösa nätverk med innovativ antenntopologi
- Diarienummer
- FFL18-0277
- Projektledare
- Björnson, Emil
- Start- och slutdatum
- 200401-250331
- Beviljat belopp
- 12 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Tekniken för cellulära nätverk har utvecklats över 5 generationer (1G till 5G) men behovet av mer effektiv och pålitlig trådlös kommunikation är oupphörlig. För att ta nästa stora kliv måste vi tänka utanför boxen; vi måste lämna den cellulära topologin med dess kompakta antennaboxar och sprida antennerna över täckningsytan; vi måste sluta skapa celler med konkurrerande antennboxar och istället designa cell-lösa nätverkstopologier där antennerna gemensamt levererar god uppkoppling överallt. Detta projekt lägger grunden för denna utveckling och guidar designen av 6G. Projektet har 4 arbetspaket: 1) Utforska användandet av stora antennytor, istället för kompakta boxar, för att ge väsentligt högre rumslig riktverkan och störningskontroll. Fundamentala signalbehandlingsalgoritmer för intelligent datakommunikation och synkronisering kommer utvecklas och antenntopologin kommer optimeras. 2) Användning av rekonfigurerbara reflekterande ytor för att anpassa utbredningsmiljön till optimal kommunikation. 3) Utveckla skalbara algoritmer för cell-lös kommunikation och resursallokering i tid, frekvens och rum. 4) Utvärdera och optimera fördelarna av de nya antenntopologierna och nätverksprocedurer in termer av spektral- och energieffektivitet, pålitlighet och nya 6G-metriker som kommer specificeras under projektet. Patent på grundläggande funktioner kommer sökas tillsammans med industrin, medan resultat och algoritmer kommer publiceras i vetenskapliga tidskrifter.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.