Förstärk det goda – nytt koncept för stabilt trådlöst nätverk

Teknologin massive MIMO (multiple-input multiple-output) har utvecklats av forskare inom det strategiska forskningsområdet ELLIIT, Excellence Center at Linköping - Lund in Information Technology. Kring 2010 tog forskarna en strikt akademisk idé och utvecklade den till den standardiserade teknologi som i dag ligger bakom 5G. ”Massive” innebär att ett stort antal, ofta upp till ett hundratal, antenner används för att både skicka och ta emot radiosignaler. Det ökar kapaciteten och förbättrar signalstyrkan i nätverket, så att många användare kan nyttja nätverket samtidigt och inom samma radiofrekvens, samtidigt som nätverket är mer energieffektivt än 4G. Massive MIMO utgör en hörnsten av framtidens 6G nätverk, och nu tittar forskare på hur ytterligare utökning av nätverk kan göras genom att sprida ut de multipla antennerna.

– I ett trådlöst nätverk uppstår alltid en förlust av signal då signalen dämpas då den skickas över en distans. Storskaliga förluster uppstår av hinder, som att ett stort hus står i vägen för signalen, och mindre förluster av att signalerna studsar i den fysiska miljön. Med hjälp av massive MIMO kan man effektivt minska de småskaliga förlusterna, medan ett mer utspritt nätverk skulle kunna råda bot på de storskaliga, säger Sara Willhammar, postdoc på Institutionen för Elektro- och informationsteknik och förstaförfattare på artikeln.

Konceptet som forskarna nu presenterar är en teknologi som undersöks för 6G-nätverk. Det innebär ett komplement till existerande massive MIMO-nätverk och är ett enklare alternativ till ett utspritt D-MIMO-upplägg, där D står för distributed. I D-MIMO finns en central basenhet som skickar ut radiosignaler och stöttar ett visst antal nätverksanvändare, men sedan sprids antennerna ut på ett större geografisk område. Då blir avståndet mellan antennerna, accesspunkterna, och slutmottagaren kortare, förlusten av signal minskar och nätverkstäckningen blir bättre.

Det finns tekniska utmaningar med D-MIMO så som att accesspunkternas skickande och mottagande av signaler ska synkroniseras. Publikationen presenterar idén att uppnå D-MIMO genom att använda repeaters för nätverk. Repeaters är enkla enheter som använts länge för att förstärka signalstyrkan i till exempel Wifi-nätverk. I repeater-assisted MIMO, RA-MIMO, skulle repeaters användas som aktiva delar av nätverket. Det skulle möjliggöra att man behåller samma grundstruktur som i dagens 5G och lägger till repeaters på olika ställen i nätverket.

– Genom att använda repeaters både förstärks och förbättras nätverket. Signalen studsar som på exempelvis en husvägg, men via en repeater förstärks den, istället för att förlora i styrka. Vi kan förstärka signalen under signalens väg, vilket innebär ett stabilare nätverk där fler starka signaler kommer fram på ett tillförlitligt sätt, säger Sara Willhammar.

Forskarna har upptäckt att styrning av nätverket krävs för att vara säker på att det är bra signaler som förstärks, så att repeaters inte leder till en förstärkning av bruset i nätverket. Nästa steg i forskningen är att undersöka de teoretiska och praktiska gränserna för repeaters som aktiva spridare av signaler, och vilken prestanda ett repeater-assisted nätverk kan uppnå.

– Ett fungerande RA-MIMO-nätverk skulle innebära ett stabilare nätverk för många användare i tätt befolkade områden, och en högre lägsta nivå för alla användare i nätet när det gäller signalstyrka, tillgänglighet och tillförlitlighet, säger Sara Willhammar.

Forskningen görs i samarbete med Linköpings universitet och Ericsson.