Technologia ta stanowi rozwiązanie, które pozwala pokonać przeszkodę w praktycznym wykorzystaniu wysokiej częstotliwości 5G dla codziennego użytkownika: szybkie sygnały bezprzewodowe, znane jako fale milimetrowe, nie mogą podróżować daleko i są łatwo blokowane przez ściany, ludzi, drzewa i inne przeszkody. Dzisiejsze wysokopasmowe systemy 5G przesyłają dane, wysyłając jedną wiązkę fali przypominającej lasera między stacją bazową a odbiornikiem, na przykład telefonem użytkownika.

Problem polega na tym, że jeśli coś lub ktoś stanie na drodze tej wiązki, połączenie zostaje zablokowane. Jak stwierdził Dinesh Bharadia, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej w UC San Diego Jacobs School of Engineering, poleganie na pojedynczej wiązce tworzy jednak pojedynczy punkt awarii. Bharadia i jego zespół, którzy są częścią Centrum Komunikacji Bezprzewodowej UC San Diego, wymyślili nietypowe rozwiązanie: podzielili jedną wiązkę laserową, przypominającą falę milimetrową, na wiele wiązek podobnych do lasera, a każda wiązka obrała inną ścieżkę od stacji bazowej do odbiornika. Chodzi o to, aby zwiększyć szanse, że przynajmniej jedna wiązka dotrze do odbiornika, gdy na drodze pojawi się przeszkoda.

Naukowcy stworzyli system, który potrafi to zrobić, i 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 spadał ani nie tracił siły, gdy użytkownik poruszał się wokół przeszkód, takich jak: biurka, ściany i rzeźby na zewnątrz. W testach zewnętrznych system zapewniał łączność w odległości do 80 metrów.

Aby stworzyć swój system, naukowcy opracowali zestaw nowych algorytmów. Jeden algorytm najpierw instruuje stację bazową, aby podzieliła wiązkę na wiele ścieżek. Niektóre z tych ścieżek mają bezpośrednią drogę ze stacji bazowej i odbiornika; a niektóre ścieżki obierają drogę pośrednią, gdzie wiązki odbijają się od tzw. reflektorów powierzchni w środowisku, takich jak szkło, metal, beton lub płyta gipsowo-kartonowa, aby dostać się do odbiornika. 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 konstruktywnie, tworząc silny sygnał o wysokiej jakości i wysokiej przepustowości.

– Można by pomyśleć, że podzielenie wiązki zmniejszyłoby przepustowość lub jakość sygnału – powiedział Bharadia. – Ale dzięki sposobowi, w jaki zaprojektowaliśmy nasze algorytmy, matematycznie okazuje się, 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, belki są niewspółosiowe. Algorytm rozwiązuje ten problem, stale śledząc ruch użytkownika i dopasowując wszystkie parametry wiązki.

Naukowcy wdrożyli swoje algorytmy na dostępnych urządzeniach, do czego nie było potrzeba żadnego nowego sprzętu, gdyż, jak powiedział Ish Jain, doktor inżynierii elektrycznej i komputerowej, wszystkie opracowane algorytmy są zgodne z aktualnymi protokołami 5G, a sprzęt składa się z małej stacji bazowej i odbiornika. Stacja bazowa zaś jest wyposażona w macierz fazowaną, która została opracowana w laboratorium profesora inżynierii elektrycznej i komputerowej UC San Diego, Gabriela Rebeiza, eksperta w dziedzinie związanej z macierzami fazowanymi dla komunikacji 5G i 6G.

Źródło: UC San Diego

.