Stora intelligenta ytor ska lösa trängseln i mobilnäten

I stället för enstaka basstationer kan väggar, tak och tapeter bli aktiva delar i framtidens trådlösa nät. Vid Lunds universitet byggs ett av världens första storskaliga testsystem för stora intelligenta ytor. Målet är dramatiskt bättre kapacitet och robusthet.

Trådlös kommunikation har länge pressats till det yttersta. Frekvensutrymmet är begränsat och efterfrågan växer snabbt. Enligt Ove Edfors, professor i radiosystem vid institutionen för elektro- och informationsteknik i Lund, finns det ingen ny, mindre nyttjad kontinent i etern att erövra. Det är de befintliga resurserna som måste användas smartare.
– Frekvensband är extremt dyra och tillverkas inte längre, lite som antika möbler. Genom att låta många antenner samarbeta kan frekvensutrymmet utnyttjas långt effektivare än i dag och det är just det som den här tekniken möjliggör.
Lösningen som forskarna utvecklar kallas Large Intelligent Surfaces, LIS, stora intelligenta ytor. Tanken är att täcka hela ytor i en miljö med elektromagnetiskt aktiva paneler som samarbetar. I stället för att en mobil kommunicerar med en ensam basstation sker sändning och mottagning från hundratals eller tusentals antenner samtidigt.
– Vi pratar inte om några få procents bättre effektivitet. Här handlar det om flera tiopotenser. Med en tidig version av tekniken satte vi redan 2016 ett världsrekord i trådlös dataöverföring, då med en effektivitet som var 22 gånger högre än 4G. Det vi gör nu är nästa steg, säger Ove Edfors.

Testbädd
Nu byggs en flexibel testbädd som ska visa hur tekniken fungerar i verkliga miljöer. Så här långt har de flesta studier av LIS varit strikt teoretiska.
– Det är lätt att få fina resultat i simuleringar. Men ska det här bli verklighet måste man bygga, mäta och förstå alla praktiska begränsningar.
Dagens testsystem består av 32 antenner, men håller på att skalas upp till 256. Grundprincipen är modulär, forskarna testar först små delar av systemet. När dessa fungerar kan samma lösning upprepas i stor skala utan att hela systemet byggs om.
Bakom bygget står ett helt team av forskare och doktorander. Den digitala signalbehandlingen leds av professor Liang Liu medan doktoranderna Lina Tinnerberg och Dumitra Iancu bidrar till utvecklingen av den digitala hårdvaran. Vilgot Snygg, även han doktorand, designar den analoga elektroniken som kopplar samman antennerna med den digitala delen.
– Det är enormt mycket arbete att bygga en sådan här testbädd. Doktorandernas insatser spelar en helt avgörande roll. De bygger, testar och gör alla teoretiska val som systemet vilar på, berättar Ove Edfors.

Flera fördelar
Fördelarna med stora intelligenta ytor handlar inte bara om kapacitet. Stabilitet är minst lika viktigt.
–Alla vet hur opålitligt ett trådlöst nätverk kan vara. Med den här tekniken blir förbindelsen i stället extremt robust, i praktiken helt utan avbrott.
Den höga tillförlitligheten öppnar för trådlösa lösningar även i miljöer där kablar i dag dominerar, exempelvis inom industrin och andra kritiska system. En ytterligare fördel är att den nödvändiga sändareffekten minskar när ytorna blir större, vilket ger en viktig energivinst.

Sista året
Projektet, som finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning, är inne på sitt sjätte och sista ursprungliga år. Men Ove Edfors ser det inte som ett slut, tvärtom.
– Ju mer användbar testbädden blir, desto fler forsknings- och industriprojekt kan använda den. Det här är bara början.
På längre sikt tillåter han sig att lyfta blicken och tänka mer visionärt.
– Drömmen är att elektroniken blir så billig och enkel att den kan byggas in i intelligenta ytor på baksidan av ett klistermärke. Då räcker det att sätta upp några lappar på väggen för att få ett extremt kraftfullt och stabilt trådlöst system hemmavid.
Efter nästan fyrtio år inom radiosystemforskning har Ove Edfors lärt sig en sak: att det som i dag verkar omöjligt mycket väl kan vara helt självklart i morgon.
– För femton år sedan rådde uppfattningen att trådlös kommunikation var färdigoptimerad och att det bara gick att vinna någon enstaka procent här och där. Sedan visade det sig att vi missat något helt avgörande. Det är när det oväntade händer som forskning blir riktigt spännande.

Annons