Die Verbraucher der heutigen 5G-Mobiltelefone haben möglicherweise einen der folgenden Kompromisse erlebt: beeindruckende Download-Geschwindigkeiten mit extrem begrenzter und fleckiger Abdeckung oder weit verbreitete und zuverlässige Abdeckung mit Geschwindigkeiten, die nicht viel schneller sind als die der heutigen 4G-Netzwerke.
Neue Technologie Entwickelt von Elektroingenieuren der University of California San Diego vereint das Beste aus beiden Welten und könnte eine 5G-Konnektivität ermöglichen, die gleichzeitig ultraschnell und zuverlässig ist.
Die Technologie stellt eine Lösung dar, um eine Hürde zu überwinden, um das High-Band 5G für den Alltagsnutzer praktisch zu machen: Die schnellen drahtlosen Signale, die als Millimeterwellen bekannt sind, können nicht weit reisen und werden leicht von Wänden, Menschen, Bäumen und anderen Hindernissen blockiert.
Die heutigen High-Band-5G-Systeme kommunizieren Daten, indem sie einen laserähnlichen Millimeterwellenstrahl zwischen einer Basisstation und einem Empfänger – zum Beispiel dem Telefon eines Benutzers – senden. Das Problem ist, wenn etwas oder jemand den Weg dieses Strahls behindert, wird die Verbindung vollständig blockiert.
Das Team hat eine clevere Lösung gefunden: Den einen laserähnlichen Millimeterwellenstrahl in mehrere laserähnliche Strahlen aufteilen und jeden Strahl einen anderen Weg von der Basisstation zum Empfänger nehmen. Die Idee ist, die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass mindestens ein Strahl den Empfänger erreicht, wenn ein Hindernis im Weg ist.
Die Forscher haben dazu ein System entwickelt und es innerhalb eines Büros und außerhalb eines Gebäudes auf dem Campus getestet. Das System bietet eine Verbindung mit hohem Durchsatz (bis zu 800 Mbit/s) mit 100 % Zuverlässigkeit, was bedeutet, dass das Signal nicht abfällt oder an Stärke verliert, wenn sich der Benutzer um Hindernisse wie Schreibtische, Wände und Skulpturen im Freien bewegt. In Outdoor-Tests bot das System Konnektivität in einer Entfernung von bis zu 80 Metern (262 Fuß).
Um ihr System zu erstellen, entwickelten die Forscher eine Reihe neuer Algorithmen. Ein Algorithmus weist die Basisstation zuerst an, den Strahl in mehrere Pfade aufzuteilen. Einige dieser Pfade werden direkt von der Basisstation und dem Empfänger aufgenommen; und einige Pfade nehmen einen indirekten Weg, bei dem die Strahlen von sogenannten Reflektoren abprallen – Oberflächen in der Umgebung, die Millimeterwellen wie Glas, Metall, Beton oder Trockenbauwände reflektieren – um zum Empfänger zu gelangen. Der Algorithmus lernt dann, welche die besten Pfade in der gegebenen Umgebung sind. Es optimiert dann den Winkel, die Phase und die Leistung jedes Strahls, so dass sie beim Eintreffen am Empfänger konstruktiv kombiniert werden, um ein starkes, qualitativ hochwertiges Signal mit hohem Durchsatz zu erzeugen.
Bei diesem Ansatz führen mehr Strahlen zu einem stärkeren Signal.
Man könnte meinen, dass die Aufteilung des Strahls den Durchsatz oder die Qualität des Signals verringert. Aber mit der Art und Weise, wie das Team ihre Algorithmen, stellt sich rechnerisch heraus, dass Sie mit unserem Mehrstrahlsystem einen höheren Durchsatz bei gleicher Leistung übertragen wie ein Einstrahlsystem.
Der andere Algorithmus hält die Verbindung aufrecht, wenn sich ein Benutzer bewegt und wenn ein anderer Benutzer in die Quere kommt. Wenn dies geschieht, werden die Strahlen falsch ausgerichtet. Der Algorithmus überwindet dieses Problem, indem er die Bewegung des Benutzers kontinuierlich verfolgt und alle Strahlparameter neu ausrichtet.
Das Team arbeitet derzeit daran, sein System zu skalieren, um mehrere Benutzer zu unterstützen.
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