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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zajmuje się problemem przepustowości(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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.
