Avancerad lobformningstekniker för närfälts-MIMO-system
- Diarienummer
- ID24-0074
- Projektledare
- Björnson, Emil
- Start- och slutdatum
- 250101-291231
- Beviljat belopp
- 3 250 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Effektiviteten hos trådlösa kommunikationssystem måste öka för varje mobilnätsgeneration för att hantera den ständigt växande datatrafiken. Flerantenn-MIMO-tekniken (multiple-input-multiple-output) är nyckeln. En av de mest fundamentala skillnaderna mellan befintliga system och kommande 6G-MIMO-teknik är att den senare gör närfältszonerna så stora att de flesta användarenheter kommer att finnas i dem. Närvaron av en icke försumbar närfältszon möjliggör mycket exakt lobfokusering men väcker också nya grundläggande forskningsutmaningar, relaterade till närfältsspecifik kanalmodellering, nya lobformningslösningar som fungerar effektivt i närfältszonen, såväl som nya utvärderingsmetoder som möjliggör att noggrant bedöma prestandan hos dessa nya närfältskommunikationssystem. I detta projekt kommer de ovannämnda utmaningarna att lösas genom att kombinera den intrikata teoretiska grundtekniken för MIMO-system (baserad på kommunikationsteori och signalbehandling) och förstudier av närfältskommunikation vid KTH med årtionden av erfarenhet av praktiska lobformningslösningar på Ericsson. Doktoranden, under handledning av akademiska experter och branschmentorer, kommer således att utveckla nya men verklighetsnära och implementerbara lösningar för att snabbt öka effektiviteten av lobfokusering för 6G MIMO-system när de arbetar i deras närfältszon. Detta kommer att förvandla närfälts-MIMO från ett teoretiskt koncept till en praktisk 6G-teknikkomponent.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.