Digital tvilling ska frigöra mer frekvensutrymme för 6G

Radiospektrum är en begränsad naturresurs. Samtidigt konkurrerar allt fler trådlösa system om utrymmet i etern. Ett nytt industridoktorandprojekt mellan Ericsson och Chalmers ska utveckla en digital tvilling som gör det möjligt att dela frekvenser smartare – en nyckel för framtidens 6G.

Utvecklingen av framtidens 6G-nät innebär betydande möjligheter för AI, integrerad avkänning, självkörande fordon, avancerad hologramteknik och mycket annat. Men minst lika viktig som själva teknikutvecklingen är det att hitta plats för alla trådlösa tjänster som ska samsas i ett radiospektrum som redan i dag är hårt belastat.

Allt fler applikationer samsas
Det är utgångspunkten för industridoktorandprojektet Digital tvilling-assisterad, dynamisk 6G- och B6G-spektrumdelning, där Ericsson och Chalmers tekniska högskola tillsammans ska undersöka hur en digital tvilling av radiomiljön kan användas för att optimera frekvensanvändningen.
– Radiospektrumet håller på att bli allt mer trångt, och det är svårt att hitta ledigt utrymme. Istället för att varje system ska få ha sitt eget spektrum undersöker vi om olika system kan dela på samma utrymme på ett effektivt sätt, säger Mikael Coldrey, principal researcher vid Ericsson och adjungerad professor vid Chalmers tekniska högskola.
I dag tilldelas radiospektrum ofta genom licenser som gäller under många år. Samtidigt används många frekvensband bara periodvis eller inom begränsade geografiska områden. Projektets idé är därför att skapa ett system som kontinuerligt följer hur spektrum faktiskt används och kan anpassa tilldelningen dynamiskt efter den aktuella situationen.

Digital tvilling hjälper till
Kärnan är en radiobaserad digital tvilling – en virtuell modell av radiomiljön i ett avgränsat geografiskt område där information från basstationer, användarenheter och andra sensorer löpande uppdaterar bilden av radiomiljön.
– Den digitala tvillingen är som en kopia av den verkliga världen, där du kan testa saker och fatta beslut innan du gör samma insatser i den fysiska världen, förklarar Mikael Coldrey.
Med hjälp av artificiell intelligens ska modellen kunna förutse störningar, analysera radioutbredning och föreslå hur olika system kan dela frekvensutrymmet utan att störa varandra.
Till skillnad från en traditionell datormodell är den digitala tvillingen inte statisk. Forskarna ser framför sig hur basstationer, mobiltelefoner och andra uppkopplade enheter kontinuerligt samlar in mätdata om radiomiljön. Informationen förs sedan tillbaka till den digitala tvillingen, som därmed hela tiden kan uppdateras med hur radiospektrum faktiskt används och hur signaler påverkas av exempelvis byggnader eller andra förändringar i omgivningen.
– Vi har basstationer, terminaler och anvisade noder som mäter och rapporterar in värden. Allting rapporteras in till en gemensam plats där vi har den här digitala tvillingen som då uppdateras för att bli mer lik den fysiska verkligheten, säger Mikael Coldrey.

Stora möjligheter i framtiden
Målet är inte bara effektivare mobilnät. Tekniken kan också underlätta samspelet mellan mobilkommunikation, satelliter, radar, fasta radiolänkar och framtida trådlösa tjänster.
– Assisterad av en digital tvilling av radiomiljön vill vi på ett dynamiskt sätt spåra, övervaka, dela och uppdatera resursallokeringen för olika radiobaserade tjänster så att vi löpande ska kunna justera spektrumanvändningen, säger Tommy Svensson, professor i trådlösa kommunikationssystem vid Chalmers.
Forskarna ser samtidigt projektet som ett exempel på hur industrins praktiska erfarenheter kan kombineras med akademisk spetsforskning. Eftersom industridoktoranden Martin Sigmund redan arbetar på Ericsson finns en direkt koppling till standardisering, produktutveckling och framtida implementering.
På längre sikt hoppas forskarna att resultaten ska bidra till internationella standarder för hur radiospektrum används betydligt mer dynamiskt än i dag.
– Vi tittar på ett ännu bredare perspektiv. Dynamisk frekvensdelning kan bli möjlig även för wifi och icke-markbundna nät, och vi hoppas att man inom andra teknikområden också ska komma att inspireras av våra förslag, säger Martin Sigmund.
Om visionen blir verklighet kan framtidens trådlösa nät utnyttja samma frekvenser betydligt effektivare än i dag – en viktig förutsättning när allt fler uppkopplade tjänster ska samsas om ett begränsat utrymme.

Annons