Zaawansowane przetwarzanie sygnałów pomaga sieciom 5G w osiąganiu celów w zakresie prędkości
Infrastrukturę telefonii komórkowej zaczęto budować pod koniec lat 80. XX wieku. Od tego czasu wprowadzono kilka kolejnych generacji, z których każda była szybsza i oferowała więcej możliwości niż poprzednia. Teraz czas na sieci piątej generacji, określane często skrótem 5G. Obecna generacja, czyli 4G, sprawdza się w przypadku jednostek, ale może nie być wystarczająca, gdy duże grupy osób na tym samym obszarze spróbują korzystać jednocześnie z sieci. Nowy standard rozwiązuje problemy z przepustowością, oferując potencjalnie 1 000 razy większą wydajność niż sieci 4G. Niemniej jest to potencjał jedynie teoretyczny, a możliwość jego realizacji będzie zależeć od dostępności pewnych ulepszeń technologicznych w przyszłości. W przeciwieństwie do innych grup badających możliwość przeniesienia sieci 5G z pasma w zakresie poniżej 6 GHz do pasma powyżej 60 GHz, finansowany przez UE projekt ADVANTAG5 zajmuje się problemem przepustowości, wprowadzając kierunkowość do transmisji wiązek radiowych. Omawiane badanie przeprowadzono dzięki wsparciu ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”. W dziedzinie komunikacji radiowej zakres częstotliwości radiowych nazywa się pasmem. Każdy użytkownik (antena) jest przypisany do określonego niewielkiego fragmentu. Poszczególne stacje radiowe z założenia przesyłają sygnały korzystając z określonej przypisanej częstotliwości (zwanej częstotliwością centralną), jednak w rzeczywistości ich transmisja nieco wykracza poza taki zakres. „W obecnych systemach”, wyjaśnia koordynator projektu, dr Marko Kosunen, „w danym czasie można wykorzystywać tylko jedną częstotliwość centralną, ponieważ w przeciwnym razie transmisje nakładałyby się na siebie”.
Kierunkowość wiązki dzięki przetwarzaniu sygnałów
Podejście proponowane przez projekt ADVANTAG5 umożliwia wykorzystanie każdej częstotliwości przez dwa urządzenia poprzez wprowadzenie kontrolowanej kierunkowości wiązek nadawczych i odbiorczych. Wiązki tworzy się stosując nowe metody przetwarzanie sygnałów opracowane w ramach projektu. Metody te obejmują przetwarzanie sygnałów cyfrowych wielu użytkowników dzięki nowemu układowi krzemowemu opracowanemu przez twórców projektu. Sygnały odebrane przez antenę – w tym przypadku przez maszt telefonii komórkowej – przenoszą informacje od wszystkich użytkowników, pochodzące z różnych kierunków. Są one jednak filtrowane w taki sposób, aby każdy z wielu sygnałów wytwarzanych przez element przetwarzający sygnał zawierał wyłącznie informacje dotyczące określonego użytkownika.
Nowe anteny wspomagają przetwarzanie
W kontrolowaniu kierunku wiązki pomagają nowe odbiorniki tworzące wiązki, opracowane przez zespół z myślą o założeniach projektu. Kontrolują one próbkowanie odbieranych sygnałów i łączą sygnały odbierane różnymi drogami. Uczestnicy projektu ADVANTAG5 opracowali również wydajne konstrukcje cyfrowych nadajników, które obsługują nadawanie sygnału na różnych kanałach z pojedynczej anteny. Badacze z powodzeniem zaprezentowali nowe metody oraz nowy sprzęt (w tym nadajniki i odbiorniki). Rezultaty projektu są obecnie dostępne dla podmiotów przemysłowych, które wykazały duże zainteresowanie. Tymczasem zespół zamierza nadal dopracowywać projekt swego rozwiązania. Metody opracowane w ramach projektu zostaną włączone do programu kursów na temat inżynierii komunikacji prowadzonych na Uniwersytecie Aalto w Finlandii. „Uważam, że nasza praca naprawdę zrewolucjonizuje sposób projektowania elektroniki w przyszłości”, stwierdza Kosunen. „Łączy ona projektowanie obwodów i programową optymalizację, która docelowo obejmie także techniki uczenia maszynowego w niespotykany dotąd sposób”. Dzięki pracom zrealizowanym w trakcie projektu nowo powstające infrastruktury sieci 5G będą w stanie działać z obiecaną szybkością. Dla użytkowników oznacza to ogromne przyspieszenie prędkości przesyłu danych.
Słowa kluczowe
ADVANTAG5, radio, 5G, antena, przetwarzanie sygnałów, 4G, telefon komórkowy, komunikacja, przepustowość
