Nya höjder med nya frekvenser

Dagens trådlösa nätverk byggs upp av basstationer, som skickar ut radiovågor, och mottagande antenner. 5G i sin tur bygger på en teknik som kallas MIMO. MIMO står för multiple input-multiple output och innebär att ett stort antal antenner används på samma gång för att skicka ut signaler från basstationen. Hur effektivt nätverkssystemet är beror på allt från systemdesign, synkronisering av antenner och signaler, till hur det ser ut i det faktiska rummet där radiosignalen ska färdas.

– Själva radiokanalen, den rymd som radiovågorna färdas igenom, påverkar signalen och dess styrka mycket. I ett vakuum skulle situationen vara enklare eftersom signalen då inte stöter på några hinder och följer en enda direkt väg till mottagaren. I verkligheten studsar signalerna från tak, väggar och föremål, och det leder till att flera olika signalvägar skapas, en så kallad multipath för signalen, säger Ali Al-Ameri, doktorand vid Institutionen för elektro- och informationsteknik på LTH.

Effektiviteten i nätverken en viktig faktor

För framtidens tekniker så som självkörande bilar och en automatiserad industri är effektiviteten i nätverken en faktor som måste tas i beaktande. Även ”vanliga” användare blir fler och fler, vi skickar mer datatunga meddelanden, och bor allt tätare i städer. Det börjar helt enkelt vara trångt i luften, där radiovågor ska skickas.

– Radiosignaler sänds i olika frekvenser, och i projektet 6G Tandem undersöker vi nu att ta frekvensbandet 140 GHz i bruk, ihop med MIMO-teknologi, säger Ali Al-Ameri.

Frekvensen 140 GHz används inte i dag då det är en hög frekvens, vilket innebär korta elektromagnetiska vågor och en signal som enkelt går att stoppa och som studsar dåligt. I projektet undersöks kombinationen av frekvensband; det höga med frekvensen 140 GHz, och en stabilare lågfrekvens, där MIMO-teknologi redan finns att använda. Nyheten ligger i att placera sändaren för den höga frekvensen i taket. Då skapas en radiokanal som går vertikalt, uppifrån med riktningen neråt, en radiokanal som tidigare inte beskrivits för den undersökta frekvensen.

– I vårt arbete har vi tittat på hur den vertikala kanalen beter sig i olika typer av miljöer, för att kunna slå ihop ett vertikalt högfrekvenssystem med MIMO-teknik. Då kan det stabilare lågfrekvenssystemet hitta användaren i rummet, och sändaren i taket kan stå för nätverket exakt där det behövs, och sända ovanifrån, förklarar Ali Al-Ameri.

Kanalen undersökt i olika miljöer

Forskarna på LTH har undersökt radiokanalen i tre olika miljöer: ett kontor, i en miljö med mycket metallytor och i ett elektroniklabb för en så standardiserad och ostörd miljö som möjligt. Mätningarna i miljön med metallytor gjordes för att efterlikna miljön i en industrilokal eller fabrik, och de visar på att radiovågorna studsar mer och på annat sätt från metallytorna jämfört med ytorna i kontorsmiljö.

– Försöken ger oss viktig information för att kunna beskriva radiokanalen på 140 GHz, och för systemdesign av ett tvåfrekvenssystem, säger Ali Al-Ameri.

Aleksei Fedorov, forskningsingenjör och Ali Al-Ameri, doktorand, har utfört radiokanalsmätningar på vinden till E-huset på LTH. Foto: Susanna Lönnqvist.