Resursallokering och energieffektivitet i trådlösa nätverk

För att hantera de snabbt ökande datatrafikvolymerna är ett ambitiöst, men nödvändigt mål, för nästa generations trådlösa nätverk att leverera 1000 gånger högre datatakter per km² än idag. Nyckeln till lösningen är effektiv radioresurshantering, det vill säga att använda de tillgängliga tid- och frekvensresurserna för trådlös dataöverföring så effektivt som möjligt. Även om det är möjligt att allokera fler frekvensband till trådlösa nätverk än idag, så är det fysiskt omöjligt att använda mer än dubbelt så mycket spektrum i de frekvensband som är användbara för täckning av stora områden. För att nå upp till 1000 gånger högra datatakter så måste vi återanvända tillgängligt spektra i den rumsliga dimensionen, dvs. uppnå höga datatakterna per km² genom att ha så många samtidiga överföringar per km² som möjligt.

Det finns två huvudsakliga metoder för att förbättra det rumsliga återanvändandet av frekvensspektrum. Det första är att sätta upp många WiFi-liknande accesspunkter, vardera med ett litet täckningsområde, medan det andra är att förse de nuvarande mobilmasterna för utomhusbruk med flerantennteknik. Båda metoderna är viktiga i framtiden. Den gemensamma begränsande faktorn är de starkare störningarna som kommer från det samtidiga användandet av spektrum i närliggande områden.

Vår forskning undersöker olika aspekter av optimerad användning av radioresurser i trådlösa nätverk. En aspekt är störningsundertryckning med hjälp av effektreglering, lastbalansering och lobformning. En annan aspekt är design av nätverkstopologier där antalet accesspunkter per km² och hårdvarukonfigurationen på varje accesspunkt är optimerad för att uppnå hög resurseffektivitet.

Ett antal olika prestandamått kan användas för att utvärdera och optimera resursanvändningen; till exempel, areadatatakter (bit/s/km²), datatakter per användare (bit/s/användare), energieffektivitet (bit/Joule) och antalet samtidigt uppkopplade användare. Bilden ovan illustrerar avvägningar som måste göras mellan dessa prestandamått i praktiska kommunikationssystem. I vår forskning hanterar vi antingen ett prestandamått i taget eller uppsättning prestandamått med hjälp av flermålsoptimering.

Denna forskning finansieras av följande projekt:

Holistic energy efficiency optimization in cellular networks (2015-2018)
Finansierat av Stiftelsen för strategisk forskning (SSF).
Projektledare: Emil Björnson

Optimized Design of Wireless Networks with Multiple Performance Metrics (2016-2019)
Finansierat av Vetenskapsrådet.
Projektledare: Emil Björnson