Inżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali system, który umożliwia falom milimetrowym pokonywać przeszkody, jednocześnie zapewniając wysoką przepustowość. Jeśli nowa technologia się przyjmie, będzie to oznaczać szybsze i bardziej stabilne 5G, także w trudnych warunkach.
Korzystanie z technologii 5G na wyższych częstotliwościach w niesprzyjających warunkach może mieć swoje ograniczenia. Zależnie od okoliczności będziemy mieć dostęp do imponujących prędkości przy niekiedy ograniczonym i nierównym zasięgu, bądź do pewnego i niezawodnego zasięgu z niższymi nieco prędkościami. Nowa technologia opracowana przez inżynierów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego ma łączyć to, co najlepsze z obu światów.
Wyższe częstotliwości 5G, znane jako fale milimetrowe, pozwalają na osiąganie niewyobrażalnych prędkości transferu danych, ale nie są jeszcze powszechnie wdrażane dla codziennego użytkownika. O pierwszych próbach komercyjnego wykorzystania pisaliśmy na naszym blogu w tekście „Korea Południowa testuje technologię mmWave 5G w metrze w Seulu”. Sygnały na tych częstotliwościach nie mogą podróżować daleko i są łatwo blokowane przez ściany, ludzi, drzewa i inne przeszkody.
Szybsze 5G dzięki dzieleniu wiązki
Stosowane obecnie wysokopasmowe systemy 5G umożliwiają transfer danych poprzez wysłanie jednej wiązki fali od stacji bazowej do odbiornika — na przykład smartfonu. Problem polega na tym, że jeśli coś pojawi się na drodze tej wiązki, to połączenie może zostać zakłócone. Dinesh Bharadia, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej w UC San Diego, powiedział, że „poleganie na pojedynczej wiązce stwarza pojedynczy punkt, w którym może wystąpić awaria”.
Bharadia i jego zespół z Centrum Komunikacji Bezprzewodowej Uniwersytetu Kalifornijskiego wpadli na sprytne rozwiązanie. Podzielili jedną laseropodobną wiązkę fali milimetrowej na wiele wiązek podobnych do lasera. Dodatkowo każda wiązka obrała inną ścieżkę od stacji bazowej do odbiornika. W tym rozwiązaniu chodzi o to, aby zwiększyć szanse, że przynajmniej jedna wiązka dotrze do odbiornika, gdy na drodze pojawi się przeszkoda.
Naukowcom udało się stworzyć system, który potrafi to zrobić, a następnie przetestowali go w biurze i na zewnątrz budynku na terenie kampusu. System zapewniał połączenie o wysokiej przepustowości (do 800 Mb/s) ze 100% niezawodnością, co oznacza, że sygnał nie przerywał ani nie tracił siły, gdy użytkownik poruszał się wokół przeszkód, takich jak biurka, ściany i rzeźby na zewnątrz. W testach zewnętrznych system zapewniał łączność na odległość do 80 metrów.
Nowe algorytmy zapewnią szybsze 5G
Aby to osiągnąć, naukowcy opracowali zestaw nowych algorytmów. Jeden algorytm najpierw instruuje stację bazową, aby podzieliła wiązkę na wiele ścieżek. Niektóre z tych ścieżek mają za zadanie próbować łączyć w linii prostej stację bazową i odbiornik. Inne z kolei obierają drogę pośrednią, a wiązki, aby dotrzeć do odbiornika, odbijają się od tak zwanych reflektorów — powierzchni w środowisku, które odbijają fale milimetrowe, takich jak szkło, metal, beton lub płyta gipsowo-kartonowa. Algorytm uczy się wtedy, które ścieżki są najlepsze w danym środowisku. Następnie optymalizuje kąt, fazę i moc każdej wiązki, dzięki czemu po dotarciu do odbiornika łączą się one w uporządkowany sposób, tworząc silny sygnał o wysokiej jakości i wysokiej przepustowości.
Bharadia powiedział, że „można by pomyśleć, że podzielenie wiązki zmniejszy przepustowość lub jakość sygnału. Ale dzięki sposobowi, w jaki zaprojektowaliśmy nasze algorytmy, okazuje się matematycznie, że nasz system wielowiązkowy zapewnia wyższą przepustowość, jednocześnie przesyłając taką samą ilość energii, jak system jednowiązkowy”.
Drugi algorytm utrzymuje połączenie, gdy użytkownik się porusza, i gdy inny użytkownik wchodzi mu w drogę. Kiedy tak się dzieje, wiązki nie są ze sobą wyrównane. Algorytm rozwiązuje ten problem, stale śledząc ruch użytkownika i dopasowując dynamicznie wszystkie parametry wiązki.
Naukowcy zaimplementowali swoje algorytmy na najnowocześniejszym sprzęcie opracowanym w laboratorium. Ish Jain, doktor inżynierii elektrycznej i komputerowej, jeden ze studentów profesora Bharadia, powiedział, że „nie potrzeba do tego żadnego nowego sprzętu. Wszystkie nasze algorytmy są zgodne z aktualnymi protokołami 5G”.
Warto jednocześnie pamiętać, że bardzo intensywnie pracuje się już nad kolejną generacją telefonii komórkowej. O 6G pisaliśmy wielokrotnie na naszym blogu, na przykład ostatnio w tekście „Udana transmisja danych za pomocą technologii 6G”.
Źródło: Uniwersytet Kalifornijski