In einem neuen Artikel über drahtlose Konnektivität aus dem Labor von Dinesh Bharadia, einem Tochterunternehmen des Qualcomm Institute (QI) der UC San Diego und Fakultätsmitglied der Fakultät für Elektrotechnik und Computertechnik der Jacobs School of Engineering, wird eine neue Technik zur Verbesserung des Zugangs zur drahtlosen Konnektivität vorgestellt 5G-und darüber hinaus Millimeterwellen-Netzwerk (mmWave).
„Energienetze und mmWave/Sub-THz-Netzwerke weisen eine bemerkenswerte Ähnlichkeit auf; beide stehen vor grundlegenden Herausforderungen bei der effizienten Verteilung“, sagte Bharadia. „So wie Energienetze beträchtliche Energiemengen erzeugen, bei deren effizienter Lieferung an Haushalte jedoch auf erhebliche Hürden stoßen, stellt die Nutzung von mmWave/Sub-THz-Netzwerken für eine nahtlose Datenkonnektivität ein ähnliches Dilemma dar. Trotz der reichlich verfügbaren Bandbreite in diesen Spektren ist die effiziente Verteilung.“ Die Übertragung von Daten mit diesen Spektren auf Benutzergeräte bleibt eine gewaltige Herausforderung.“
Das Papier „mmFlexible: Flexible Directional Frequency Multiplexing for Multi-user mmWave Networks“ wurde von Ph.D. vorgestellt. Student und Hauptautor Ish Kumar Jain auf der IEEE International Conference on Computer Communications in New York am Mittwoch, 17. Mai.
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Mit der Einführung von mehr Automatisierung und höheren Geschwindigkeiten und Rechenleistung hinter drahtlosen Netzwerken ist die Infrastruktur, die Menschen mit diesen Ressourcen verbindet, ins Hintertreffen geraten.
Jain fühlte sich von der Herausforderung angezogen, ein Gerät zu entwickeln, das diese Lücke schließen und den Menschen einen besseren Zugang zum 5G-mmWave-Netzwerk ermöglichen könnte.
5G-mmWave-Systeme nutzen Funkfrequenzen, um alles zu verbinden, von „intelligenten“ Autos über Handheld-Geräte und Virtual-Reality-Sets bis hin zu drahtlosen Netzwerken. Der Fortschritt von 4G zu 5G ermöglicht insgesamt höhere Geschwindigkeiten und Bandbreiten.
Ein Teil des Problems besteht laut Jain darin, dass der Wechsel von 4G zu 5G weit mehr Ressourcen und Rechenleistung freisetzte, als die bestehende Infrastruktur bewältigen konnte. mmWave-Systeme basieren auf einem „Bleistiftstrahl“-Verteilungsmodell, bei dem eine Basisstation einen einzelnen Strahlungsstrahl aussendet, als würde sie ein Licht in die Dunkelheit strahlen lassen. Jeder innerhalb dieses Strahls hat Zugriff auf alle Ressourcen, die das 5G-mmWave-Netzwerk zu bieten hat, unabhängig davon, ob seine Geräte diese verarbeiten können.
Dies kann zu einer Verschwendung von Bandbreite führen, die andernfalls möglicherweise von Benutzern in anderen Regionen genutzt worden wäre. Selbst die Verschiebung dieses Strahls, wie bei einem Leuchtturm, der sich in bestimmten Zeitabständen langsam dreht, führt zu Verzögerungen für diejenigen, die außerhalb seiner Reichweite geraten.
Um die kombinierten Probleme von Bandbreitenverschwendung und Verzögerung anzugehen, haben Jain, Rohith Reddy Vennam und Raghav Subbaraman, ebenfalls Ph.D. Studenten der Wireless Communication, Sensing and Networking Group (WCSNG) in Bharadia wollten herausfinden, ob sie ein Antennenarray erstellen könnten, das Benutzer in mehrere Richtungen bedient, ohne dabei Entfernung und Leistung zu beeinträchtigen.
Das Team entwarf einen Prototyp eines Geräts, das mit einer neuartigen Antennenanordnung zusammenarbeitet, um ein einzelnes Frequenzband in mehrere nutzbare Strahlen aufzuteilen. Diese Antennenanordnung, auch Delay Phased Array genannt, nutzt die schiere Bandbreite von 5G mmWave, um mehrere Regionen mit dem Netzwerk zu verbinden, und kann so angepasst werden, dass sie denjenigen, die sie benötigen, eine bessere Verbindung bietet.
Dieses neue, programmierbare Array kann auch unter Verwendung bestehender Technologien aufgebaut und mit einer sehr hohen Anzahl von Antennen erweitert werden, um alle zukünftigen Geräte zu unterstützen.
Durch Experimente, die in der Atkinson Hall von QI auf dem Campus der UC San Diego durchgeführt wurden, stellte das Team fest, dass mmFlexible die Verzögerung um 60–150 % verringerte.
„Es ist sehr aufregend zu sehen, wie neue Generationen von Anwendungen auf den Markt kommen“, sagte Jain. „Aber ich spüre, dass in Zukunft die Zahl der [wireless] Geräte werden wachsen und damit auch ihre Nachfrage nach drahtlosem Spektrum. Das sind die wichtigsten Dinge, die mich motivieren, diese innovativen Techniken weiter zu erforschen.“
