Etikettarkiv: Kommunikation

Chalmersforskare redo för nästa steg

Professor Herbert Zirath på Chalmers, här tillsammans med medlemmar av forskningsgruppen (Simon, Ahmed, Vessen, Sining, Sona, Neda). Foto: Patrik Bergenstav
Professor Herbert Zirath på Chalmers, här tillsammans med medlemmar av forskningsgruppen (Simon, Ahmed, Vessen, Sining, Sona, Neda). Foto: Patrik Bergenstav

För sex år sedan tilldelades Herbert Zirath och hans forskargrupp vid Chalmers tekniska högskola ett femårigt SSF-anslag på drygt 30 miljoner kronor. Uppdraget var att finna nya lösningar för trådlös kommunikation med hög datatakt. Nu är de redo för nästa steg.

Under de gångna åren har forskargruppen under professor Herbert Ziraths ledning utvecklat och konstruerat ett chip som integrerar mottagare och sändare och med vars hjälp man lyckats slå världsrekord i dataöverföring med smarta kretsar. Det första rekordet, som sattes i laboratoriemiljö 2014, nådde en trådlös datatrafik på 48 Gbit/sekund i det så kall-ade D-bandet, 110-170 GHz. För att se hur tekniken fungerar i verkligheten görs testerna numera utomhus. Tillsammans med projektpartnern Ericsson har forsk-arna gjort ett länkhopp på 200 meter.
– Det fungerade fint, nu försöker vi nå 2,7 km, som är lika med avståndet mellan Chalmers och Ericssons hus i Göteborg, berättar Herbert Zirath.
En av drivkrafterna bakom strävan att öka takten i trådlös dataöverföring är att minska fördröjningen i kommunikationen.
– Idag ligger den generellt på upp till 100 millisekunder. Det är alldeles för lång tid för vissa applikationer, som självkörande fordon och kirurgi på distans.

6G
När projektet startade var siktet inställt på att utnyttja ett stort outnyttjat frekvensområde mellan 100 och 500 GHz. Då kretsade tankarna kring användning för det kommande 5G-nätet. Idag är det 6G som är på ritbordet, här är en av målsättningarna att överföra data med upp till 1 Tbit/s i överföringshastighet. Men 6G kommer inte enbart att användas för dataöverföring utan sannolikt även bli ett ramverk för många typer av tjänster, något som SSF-projektet kraftfullt bidragit till.
– Vår forskning har verkligen betytt något för detta frekvensband, vilket inte minst alla inbjudningar till internationella konferenser om mikrovågor vittnar om.
Under de gångna åren har projektet även utexaminerat fyra doktorer, varav tre har gått till industrin. Forskningen har också gett ringar på vattnet i form av deltagande i två europeiska projekt samt två 2 VR-projekt; listan kan göras lång.
– Den korta versionen är att jag är stolt över vad vi lyckats åstadkomma så här långt. Men datatakten har inte slagit i taket, och behovet av högre hastigheter kvarstår, så det finns mycket kvar att göra. Vi är redo för nästa steg, fastslår Herbert Zirath.

Chalmers – THz-kommunikation

Hundratals GHz bandbredd är idag outnyttjat och tillgängligt för trådlös kommunikation, radar och sensorapplikationer i frekvensområdet 100 GHz till 500 GHz (det s.k. THz-området). Traditionella komponenter för detta frekvensområde är dyra, otympliga och energikrävande. Detta multidisciplinära projekt tar fram en helt ny teknologiplattform som kombinerar kunskapen att konstruera komplexa kretsar för detta frekvensområde med design av antenner, kapsling och system.
Projektet stöds av Stiftelsen för strategisk forskning och avslutas i juni 2020.

Chalmers tekniska högskola
412 96 Göteborg
Tel: 031-772 10 00
www.chalmers.se

Edge Computing möjliggör ny teknik

James Gross, professor på Skolan för elektroteknik och datavetenskap vid KTH. Foto: Joerg Frank
James Gross, professor på Skolan för elektroteknik och datavetenskap vid KTH. Foto: Joerg Frank

I takt med den snabba utvecklingen inom IoT och AI ökar behovet av mycket snabbare nätverkskommunikation för att möjliggöra nya applikationer som augmented reality. Syftet med Edge computing är att beräkningarna sker så nära applikationen som möjligt, ”i kanten på molnet”.

Ny teknik som augmented reality, AR och virtual reality, VR, kommer att förändra hur vi konsumerar och interagerar med information, både ur konsument- och industriellt perspektiv. Men den typen av teknik kräver stränga nätverkskrav som korta fördröjningstider, hög tillförlitlighet och stor bandbredd.
– Edge computing är en av de nya tekniker som kan möjliggöra beslut i realtid utan långa fördröjningar, förklarar James Gross, professor på Skolan för elektroteknik och datavetenskap vid KTH Royal Institute of Technology.
Han är involverad i många forskningsprojekt inom området Edge computing. Det ena är ett SSF-finansierat projekt ”Experimental Platform for Edge Computing Applications”, ett annat är Vinnovas kompetenscentrum TECoSA på KTH där han är co-director (www.tecosa.center.kth.se).
– Att bygga en experimentell plattform är nödvändig för att testa olika applikationer där teori omvandlas i praktik.
Edge computing är en teknik där data samlas in, analyseras och beräknas i ”molnliknande” datorer lokalt istället för i molnet. De två drivkrafterna för att utveckla Edge computing är att fördröjningen kan hållas låg samt kostnadsbesparingar.

Utmaningar
Det är dock inte bara att implementera teorierna om Edge computing, det måste också fungera i verkligheten.
– För att uppnå Edge computing i praktiken måste det finnas en effektiv interaktion mellan människor, beräkningar och kommunikation, en interaktion som fortfarande måste utvecklas ytterligare innan den kan genomföras i olika applikationer. Det är ett av målen för den experimentella plattformen vi bygger i SSF-projektet, förklarar James Gross.
Idag finns både hårdvara och standarder som kan användas, men innan hårdvaran kan utnyttjas måste det finnas affärsmodeller som använder dem.
– Jag tror det kommer dröja ett par år innan vi kan utnyttja Edge computing effektivt. Vi behöver fortfarande mer forskning för att interaktionen människa-datorer-kommunikation ska fungera i praktiken.

KTH – Edge computing

James Gross forskningsintressen ligger främst inom mobila system och nätverk, med fokus på kritisk maskin-till-maskin-kommunikation, mobilnät, resursallokering samt prestationsutvärdering.

För mer information se www.jamesgross.org

Chalmers länkhopp blir allt längre

Frida Strömbeck, Herbert Zirath och Ahmed Hassona. Foto: Patrik Bergenstav
Frida Strömbeck, Herbert Zirath och Ahmed Hassona. Foto: Patrik Bergenstav

Snabb, trådlös datatrafik i ett rekordhopp över Göta älv på nästan tre kilometer! Det är ett av målen för ett forskningssamarbete mellan Chalmers och Ericsson och som redan har ett världsrekord på området.

Världsrekordet sattes 2014, när Herbert Zirath, professor i höghastighetselektronik på Chalmers i Göteborg, och hans kollegor i labbmiljö nådde en trådlös datatrafik på 40 Gbit/sekund i det så kallade D-bandet 110-170 GHz.
– Nu har vi putsat upp vårt eget rekord till 55 Gbit/sekund. Och så vitt vi vet har ingen annan forskargrupp nått högre i det frekvensbandet, säger Herbert Zirath.
Under det senaste året har man testat även ute i verkligheten; mellan två av Ericssons hus på Lindholmen – 200 meter från varandra – skickas data via radiolänk i ett så kallat länkhopp. Och det har fungerat bra, enligt noggranna utvärderingar för att se om signalerna påverkas av till exempel temperatur och regn.

Längre hopp planeras
– Bara vid extremt mycket regn kan man se en markant nedgång i effekten. Nu ska vi gå ett steg längre och sätta upp en länk mellan Ericsson Research på Lindholmen och Chalmers här i Johanneberg, en sträcka på 2,7 km.
– Det är ett relativt stort mål, så vi satsar mycket på att paketera kretsen på ett bra sätt, minska förlusterna och höja uteffekten. Om vi kan nå 10 Gbit/sekund i det långa hoppet, med den begränsade bandbredd som står till buds, är jag rätt nöjd, säger Herbert Zirath.
Säker, trådlös datakommunikation i höga hastigheter och med bara några millisekunders fördröjning blir allt viktigare. Inte minst när självkörande bilar kommer på allvar och när kirurger ska operera på distans.
När 5G-tekniken kommer på bred front, i Sverige kanske under 2020, kan liknande länkhopp bära datatrafiken från basstationen till höghastighetsnätet, oftast fiberkabel. Idag skickas den trafiken oftast i lägre frekvenser, upp till 70-80 GHz. Forskningen vid Chalmers och Ericsson tar sikte på ett stort outnyttjat område mellan 100 och 500 GHz.

Ersätter med kisel
– Jag skulle tro att det tar 5–7 år innan det vi forskar på nu är kommersiellt tillgängligt, säger Herbert Zirath.
En viktig faktor är halvledarmaterialen i de pyttesmå kretsarna – datachipen – cirka 1 mm x 1 mm.
– Tidigare har vi använt indiumfosfid, som är relativt dyrt och kommer från USA, något som kan göra det svårt att få exportlicenser. Men på sistone har vi kunnat ersätta den med kisel som tillverkas i Europa, vilket vi ser som en framgång.

Chalmers – THz-kommunikation
Hundratals GHz bandbredd är idag outnyttjat och tillgängligt för trådlös kommunikation, radar och sensorapplikationer i frekvensområdet 100 GHz till 500 GHz (det s.k. THz-området).
Traditionella komponenter för detta frekvensområde är dyra, otympliga och energikrävande. Detta multidisciplinära projekt tar fram en helt ny teknologiplattform som kombinerar kunskapen att konstruera komplexa kretsar för detta frekvensområde med design av antenner, kapsling och system.
Projektet stöds av Stiftelsen för strategisk forskning och har förlängts ett år, till och med juni 2020.

Chalmers tekniska högskola
412 96 Göteborg
Tel: 031-772 10 00
www.chalmers.se


Knäckte koden som ger 5G obegränsad kapacitet

Emil Björnson, bitr. professor i kommunikationssystem vid Linköpings universitet, här med en antennprototyp. Foto: Lasse Hejdenberg
Emil Björnson, bitr. professor i kommunikationssystem vid Linköpings universitet, här med en antennprototyp. Foto: Lasse Hejdenberg

– Vi har visat att MIMO-tekniken som används för framtidens 5G-nät inte har någon övre begränsning. I takt med att mobilanvändandet ökar handlar det bara om att sätta upp fler antenner, säger Emil Björnson, bitr. professor i kommunikationssystem vid Linköpings universitet.

Mobiltelefonanvändningen ökar lavinartat vilket ställer krav på större kapacitet i näten. Lösningen har fram till nu varit att sätta upp fler basstationer på hustak och master.
– När gränsen är nådd måste man i stället ha smartare teknik på varje basstation, och det är här vår forskning kommer in i bilden, säger Emil Björnson.
Dagens basstationer täcker ett brett område, ungefär som en strålkastare sprider sitt ljus.
– Vi arbetar med MIMO-teknik där basstationerna består av många centimeterstora antenner istället för en stor. Med dagens teknik turas mobilanvändarna om i den ”breda” signalen, samtalen bryts, omärkbart för användaren, varje millisekund. Med MIMO-teknikens riktade signaler kan ett obegränsat antal personer vara igång samtidigt. Signalerna behöver bara göras smalare med hjälp av fler antenner per basstation när antalet personer ökar. Detta gör att kapaciteten i ett mobilnät kan öka många gånger om.
De förestående 5G-näten innehåller de första fröna till tekniken.
– Vi forskar på tekniker som kommer att behövas om fem-tio år, medan företagen ska klara av den ökning som sker nästa år. Vår horisont är längre men vi har redan kommit långt i arbetet med att få företag och universitet i världen att förstå att det är MIMO-tekniken som måste in i framtidens nät.

Energieffektivt
Det som sannolikt kommer att vara begränsningen för framtidens mobilnät är ekonomi och energiåtgång. Ett annat forskningsspår är därför energieffektivitet i framtida mobilnät, som studeras i ett projekt finansierat av Stiftelsen för Strategisk Forskning.
– Eftersom vi gör näten mycket effektivare blir de också mer energieffektiva, säger Emil Björnson, som i år fick prestigefyllda Marconi Prize Paper Award för sitt arbete på detta område.
Om fem-tio år hoppas han att tekniken som forskargruppen utvecklar ska ha börjat användas på allvar.
– Den här smarta signalbehandlingen är det avgjort bästa sättet att lösa framtidens kapacitetsproblem på. Vårt yttersta mål är att trådlös kommunikation ska finnas överallt och att mobiltäckning blir en icke-fråga. När vi nått dit är vi klara och jag får börja forska på något annat!

LiU – 5G MIMO-antenner
MIMO står för Multiple Input, Multiple Output, tekniken innebär att hundratals centimeterstora antenner kopplas samman. Forskare har hittills trott att det finns en övre gräns för hur mycket data det är möjligt att överföra med MIMO-teknik. Emil Björnson och hans forskargrupp har visat att den gränsen inte existerar.

Linköpings universitet
581 83 Linköping
Tel: 013-28 10 00
www.liu.se


Länkhopp ny framgång för Chalmersforskare

Professor Herbert Zirath på Chalmers, här tillsammans med medlemmar av forskningsgruppen (Simon, Ahmed, Vessen, Sining, Sona, Neda).
Professor Herbert Zirath på Chalmers, här tillsammans med medlemmar av forskningsgruppen (Simon, Ahmed, Vessen, Sining, Sona, Neda).

För fyra år sedan väckte forskarna på Chalmers internationell uppmärksamhet med sitt världsrekord i snabb, trådlös datatrafik. Rekordet håller de fortfarande och nu har de tagit steget från labbet ut i verkligheten.

Sedan i vintras sitter två anonyma antenner på varsitt hus på Ericsson på Lindholmen i Göteborg. De sänder och tar emot data via radiolänk med en imponerande hastighet: 5 Gbit/s, vilket är 50 gånger mer än de flesta av oss har via fibertråd.
Och det är 200 meter mellan husen.
– Ett stort steg att vi nu tillsammans med våra forskningspartners på Ericsson Research har lyckats med ett långt länkhopp, det var ett av våra mål, säger Herbert Zirath, professor i höghastighetselektronik på Chalmers tekniska högskola i Göteborg.

Verklig trafik
– Och detta är datatrafik i realtid, alltså bilder eller samtal som verkligen går mellan punkterna A och B, inte att man mäter datatakten genom att spela in signalerna och analysera i efterhand, vilket är det normala i vårt forskningsfält, säger han.
Chalmersforskarnas världsrekord är på hela 40 Gbit/s, men uppmätt i labbmiljö och med användning av frekvenser i hela det så kallade D-bandet, (110–170 GHz). En sådan bandbredd är inte kommersiellt intressant för telekomoperatörerna, som oftast får sig tilldelat en bredd på någon enstaka GHz.
– Därför fokuserar vi nu på smalbandig kommunikation i realtid, med så stora datatakter som möjligt. Och här tror jag att vi leder utvecklingen, säger Herbert Zirath.
Forskningen bedrivs av Chalmers ihop med Ericsson Research. Och nyttan för gemene man är mycket tydlig: Allt fler vill se film och videoklipp i mobiler och ipads, TV-bolag vill producera en fotbollsmatch i England på distans från Stockholm och snart är självkörande bilar och kirurgi via internet en del av vardagen. För allt detta krävs mycket snabb och tillförlitlig trådlös överföring av stora mängder data.

Operera på distans
– Nu växer 5G explosionsartat, med högre datatakter och mycket mindre fördröjningar i näten. Idag har vi fördröjningar på 50-60 millisekunder, men för att kunna operera säkert på kanske tio mils avstånd får fördröjningen inte vara mer än någon millisekund, säger Herbert Zirath.
En viktig nyckel till framgång är halvledarmaterialen i de ytterst små kretsarna, chipen, några millimeter stora.
– Vi jobbar både med indiumfosfid, en ganska avancerad struktur, och med en kiselbaserad halvledarprocess som är lättare att tillverka i miljontals exemplar och som finns tillgänglig i Europa, säger Herbert Zirath.

Chalmers – THz-kommunikation
Hundratals GHz bandbredd är idag outnyttjat och tillgängligt för trådlös kommunikation, radar, och sensorapplikationer i frekvensområdet 100 GHz till 500 GHz (s.k. THz-området). Traditionella komponenter för detta frekvensområde är dyra, otympliga och energikrävande. Detta multidisciplinära projekt tar fram en helt ny teknologiplattform som kombinerar kunskapen att konstruera komplexa kretsar för detta frekvensområde med design av antenner, kapsling och system. Projektet stöds av Stiftelsen för strategisk forskning.

Chalmers tekniska högskola
412 96 Göteborg
Tel: 031-772 10 00
www.chalmers.se