Synkronisering i framtida 6G-system

I en värld med ökande digitalisering och uppkopplade industrier behöver utrustningar i fabriker kunna kommunicera i trådlösa och tillförlitliga nätverk med hög datatakt. En möjliggörare för det är distribuerade antennsystem, så kallade distribuerade MIMO. Systemen ger bättre täckning med högre datatakt. Den stora utmaningen är hur synkroniseringen sker.

Det konstaterar professor Thomas Eriksson på Chalmers, huvudhandledare i industridoktorandprojektet mellan Chalmers och Ericsson – Synkronisering och backhaul för distribuerade MIMO-system.
– Att använda ett stort antal distribuerade antenner som samverkar ger stora vinster i datagenomströmning, mindre interferens och bättre energieffektivitet. Konceptet, benämnt Distributed Massive MIMO, innebär att fler användare betjänas samtidigt på samma frekvensband. Det uppnås genom att signalerna i rummet separeras, så kallad spatial multiplexing.
Thomas Eriksson har varit akademisk handledare för industridoktoranden Björn Gävert från Ericsson som nyligen disputerade. Björn har jobbat på Ericsson i cirka 30 år och skiljer sig därmed lite från övriga doktorander.
– Jag är väl 20 år äldre än mina doktorandkollegor och har en stor fördel av att jag vet hur tekniken fungerar i verkligheten. Jag är väldigt tacksam mot Ericsson som ser värdet med erfarenhet och inte bara satsar på unga forskare.

Ökad tillförlitlighet och datatakt
De problemställningar som de har fokuserat på i projektet är hur ett system med distribuerade antenner kan bidra till att skapa mer tillförlitliga trådlösa nätverk där även datatakten kan höjas rejält.
– Inom industrin finns till exempel trådlöst uppkopplade maskiner och robotar som skickar signaler till molnet, i molnet görs beräkningar och därifrån skickas sedan styrsignaler tillbaka med instruktioner om vad som ska göras. Den kommunikationen behöver vara snabb, mer data ska kunna skickas på kortare tid och även kunna ske utan avbrott, konstaterar Björn Gävert.
När trådlös kommunikation blir allt vanligare inom industrin genom ökad automation och mer digitala tjänster ställs även högre krav på tillförlitligheten.
– Idag utgörs en stor del av datatrafiken av videostreaming och då gör det mindre om själva uppkopplingen hackar lite eftersom man kan buffra video. Men desto högre krav ställs om det handlar om tidskritisk och avancerad teknisk utrustning i industrin där tillfälliga avbrott inte tolereras. Sådan utrustning behöver tillförlitlig och snabb respons för att fungera, förklarar adjungerad professor Mikael Coldrey, bihandledare i projektet på Ericsson.

Balans mellan analogt och digitalt
Det är för att åstadkomma ökad tillförlitlighet, högre datatakt och mindre fördröjningar som man nu satsar på distribuerade antennsystem. I trådlösa nätverk ingår både digital och analog utrustning.
– Medan digital bearbetning är mycket exakt introducerar analoga komponenter brus och distorsion, vilket bidrar till detekteringsfel i mottagaren. Vår forskning fokuserar på de digitala delarna, som i viss mån ska kompensera för de analoga komponenterna som inte kan vara helt perfekta, förklarar Björn Gävert.
Det går att ta fram hårdvara för bland annat bättre synkronisering, men den blir väldigt komplex och kostsam.
– Vi har valt att i stället ta fram smartare mjukvara. Målet är att hitta en bra balans mellan komplex hårdvara och smart mjukvara. Det handlar också om att hitta en optimal kombination av digitala och analoga tekniker eftersom båda två behövs.

Behöver tvärvetenskapligt synsätt
Det projekt de nu framgångsrikt genomfört visar på vikten av att kunna jobba mer tvärvetenskapligt över olika disciplingränser.
– I projektet har vi haft med forskning inom både digitala områden, som digital signalbehandling, och analoga, som utvecklar utrustning som oscillatorer. Traditionellt sett samverkar inte dessa discipliner med varandra, men korskopplingen mellan de två forskningsområdena har varit avgörande för framgångarna med projektet, förklarar Thomas Eriksson.
Björn Gäverts avhandling har lagt en mycket viktig grund för framtida forskning inom ett område som växer snabbt i betydelse för industrin.
– Det är av stor vikt för svensk konkurrenskraft att vi fortsätter skapa snabbare och mer tillförlitliga trådlösa nätverk. De är en förutsättning för utvecklingen av effektiva 6G-system framöver.