Nästa generations fasstyrda antenner för SATCOM
- Diarienummer
- ID22-0006
- Projektledare
- Maaskant, Rob
- Start- och slutdatum
- 230101-261231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Bilar, lastibilar och bussar förväntas vara elektrifierade och självkörande i framtiden, vilket leder till bättre hållbarhet och vägsäkerhet. Detta kräver att fordonet är uppkopplat till oavbrutet bredbandsinternet, men 4G/5G är glest och med låg hastighet längs vägnätet. Det enda alternativet är satellitkommunikation (SATCOM). Därför har $250 miljarder investerats sedan 2012 för att skjuta upp 100 000 nya satelliter för att realisera global fiber-lik täckning. Dagens teknik för fordonsburna SATCOM antenner är dock inte avancerad nog för de tuffa applikationskraven. Vi ämnar lösa detta genom att utveckla nästa generations fasstyrda SATCOM antenner. Befintlig teknik lider främst av höga skanningförluster som leder till antenner som är 5x större/dyrare/energikrävande än nödvändigt. Anledningen till detta är att befintliga antenner 1) inte tar hänsyn till förändrad aktiv skanningimpedans, och 2) lider av egeninterferens. Vi ämnar utveckla ett nydanande multi-mål, multi-platform optimeringsmjukvaruramverk som gör det beräkningsmässigt möjligt att inkorporera båda dessa aspekter i utvecklingsflödet. Med ramverket förväntas vi utveckla en antenn som är 50% mindre/billigare/energikrävande, har mer bandbredd och kan skanna till >20 grader lägre elevationer med 3 dB högre förstärkning. Utöver detta är det förväntat att vår innovativa strålformningsalgoritm och distribuerade filtrering minskar egeninterferensen med 100 dB, vilket leder till en dramatiskt robustare uppkoppling.
Populärvetenskaplig beskrivning
Projekt SERENA ämnar utveckla nästa generations antenner som är kapabla att leverera oavbrutet bredbandsinternet till bilar, bussar och lastbilar i rörelse via hundratusentals lågflygande LEO satelliter (se t.ex. Starlink, https://www.starlink.com/). Framtidens fordon kommer vara elektrifierade och självkörande, vilket kräver att fordonet är konstant uppkopplat till högpresterande internet. Då det vanliga bredbandsnätet (4G/5G) inte täcker stora delar av vägnätet krävs därför mycket avancerad teknik för att istället koppla upp fordonet via satellit. Ett typiskt användningsområde som förklarar behovet är en förarlös lastbil som kontrolleras från en kommandocentral. När lastbilen kör utanför storstadsområdena eller hamnar i radioskugga bakom en byggnad eller en kulle riskerar den att tappa 4G/5G täckning, vilket innebär att operatören förlorar kontakten och kontrollen över fordonet med stor risk för människoliv som resultat. Genom att ha en redundant uppkoppling via satellit minska den här risken dramatiskt. Genom att utveckla banbrytande algortimer för signalbehandling möjliggör SERENA dramatiskt bättre antennprestanda relative befintliga lösningar, utan att behöva byta ut någon elektronik eller öka kostnaden. Mer specifikt innebär algoritmerna att störsignaler kan filtreras bort mer effektivt, vilket gör att avsevärt mindre data förloras på vägen mellan användaren och internet. Utöver detta kommer SERENA utveckla en avancerat mjukvaruplattform som möjliggör flera storleksordningar snabbare simuleringar och optimering vid utveckling av hårdvaran. Befintliga plattformar är inte kraftfulla nog för att kunna optimera både antennen och algoritmerna samtidigt, vilket leder till att de två delarna optimeras var för sig. Resultatet av detta är stora prestandaförluster, då den kombinerade slutprodukten inte tar hänsyn till komplexa korseffekter. Med hjälp av SERENAs avancerade verktyg kan konsortiet alltså för första gången optimera båda sidorna parallellt. SERENA kommer därför utveckla nydanande antennhårdvara som är 50% mindre, 50% billigare och drar 50% mindre ström än befintlig hårdvara. Genom att kombinera den förbättrade hårdvaran med de nya optimerade algoritmerna förbättras prestandan ytterligare, framförallt i det komplicerade fallet när satelliten är långt borta längs horisonten. Med befintlig teknik innebär denna satellitposition att så mycket som 80% av signalstyrkan går förlorad, men med SERENAs antenn halveras den siffran till 40%.