12 mars 2018

Antenntekniken Massiv MIMO anses vara den mest lovande för framtidens supersnabba 5G-nät, även om forskarna hittills trott att det finns en övre gräns för hur mycket data det är möjligt att överföra. Någon sådan gräns finns inte, visar LiU-forskaren Emil Björnson.

Emil Björnson Foto: Thor Balkhed– Vi kan visa att Massiv MIMO har obegränsad kapacitet, matematiskt och med hjälp av simuleringar, säger Emil Björnson, biträdande professor i kommunikationssystem vid Linköpings universitet.

Pilotkontaminering

Tekniken med Massiv MIMO väckte tidigt 5G-forskarnas intresse. Under de senaste fem till tio åren har forskarvärlden dock varit ense om att det finns en övre gräns för hur mycket data som går att överföra trådlöst per sekund, med en viss bandbredd och inom ett visst område. Flaskhalsen har varit en typ av störningar som uppstår när man mäter hur de trådlösa signalerna färdas, forskarna kallar det pilotkontaminering.

– Den slutsatsen är en konsekvens av att vi använt en alltför tillrättalagd modell och en förenklad metod, säger Emil Björnson.

Genom att sätta upp fler antenner, och processa signalerna som skickas och tas emot från antennerna på rätt sätt, finns det ingen övre gräns för hur mycket data som kan överföras.

Bevisen har han tagit fram i samarbete med kollegor i Frankrike och Italien och deras artikel har nu publicerats såväl hos den öppna tjänsten Arxiv som i IEEE:s digitala tjänst Xplore. Även simuleringskoden finns öppet tillgänglig på Github för den som tvivlar och vill validera resultaten.

Massiv MIMO

MIMO står för Multiple Input, Multiple Output och tekniken innebär att man kopplar samman hundratals små antenner på kanske 10 mW vardera till något som antingen kan likna en stor datorskärm eller spridas över en husfasad.
De tre artikelförfattarna upptäckte lösningen på problemet med pilotkontaminering under arbetet med boken Massive MIMO Networks: Spectral, Energy and Hardware Efficiency.De tre artikelförfattarna upptäckte lösningen på problemet med pilotkontaminering under arbetet med boken Massive Mimo Networks: Spectral, Energy and Hardware Efficiency.Alla antennerna skickar tiotals signaler med väl valda tidsfördröjningar. Tidsfördröjningarna väljs så att kopiorna av en signal når fram exakt samtidigt till den mottagare som ska ha signalen, men utspritt över tid hos alla andra mottagare. Det ger en stark signal hos den tilltänkta mottagaren och en liten störning hos alla andra. Det är när man ska testa dessa tidsfördröjningar med testsignaler, så kallade piloter, som pilotkontaminering uppstår.

Hundra antenner med 10 mW blir 1 W som fördelas mellan användarna, väsentligt mindre än de 40 W som dagens antenner använder. Den låga effekten räcker eftersom varje signal har riktverkan. Massiv MIMO ger därför en kombination av låg uteffekt, hög energieffektivitet och en överlägsen kapacitet eftersom många mottagare kan få signaler samtidigt. Kapaciteten kan alltså, enligt de nya beräkningarna och simuleringarna, bli oändligt stor.

–  Konsekvensen blir att vi i takt med att folk förbrukar mer och mer trådlös data kan fortsätta och sätta upp fler och fler antenner för att tillgodose behoven, säger Emil Björnson.

The article: Massive MIMO has Unlimited Capacity, Emil Björnson, Jakob Hoydis and Luca Sanguinetti, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 17, no. 1, pp. 574-590, Jan 2018. DOI 10.1109/TWC.2017.2768423

Fler nyheter från avdelningen

Johanna Rosén i labbet på IFM.

Över 92 miljoner till forskning inom naturvetenskap och teknik

Hela 23 projekt inom teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet får dela på 92,5 miljoner kronor från Vetenskapsrådet. Projekten handlar bland annat om visualisering, energilagring och nya nanomaterial.

Erik G Larsson ritar formler på en glasskiva.

Forskning om 6G och AI-teknik får 30 miljoner

Professor Erik G. Larson får, tillsammans med kollegor vid LiU och KTH, 30 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Målet är att utveckla nya metoder för att distribuera artificiell intelligens och maskininlärning genom 6G-nätet.

Deltagarna vid 2022 IEEE SPS - EURASIP Summer School

Framtidens supersnabba 6G-nät i fokus

Knappt har 5G blivit verklighet, då frågan om vad 6G kommer att innebära ställs. Det var utgångspunkten då 2022 IEEE SPS - EURASIP Summer School arrangerades vid Linköping universitet.

Senaste nytt från LiU

Tre personer i labbrock står och pratar.

Bättre neutronspeglar kan avslöja materiens inre hemligheter

Med bättre neutronspeglar kan effektiviteten vid materialanalyser i neutronkällor bli högre. Den förbättrade spegeln har LiU-forskare utvecklat genom att belägga en kiselplatta med tunna lager av järn och kisel blandat med borkarbid.

Ensamt barn i silhuett.

Riktlinjer saknas kring barn som utsatts för sexövergrepp

Hälften av 34 undersökta länder i Europa saknar riktlinjer för hur barn som utsatts för sexuella övergrepp ska få hälsovård och behandling. Ett av dem är Sverige. Det visar en studie som gjorts vid Linköpings universitet.

Person intervjuas och pratar om sin avhandling

Sigrid blev dubbeldoktor - vid 26 års ålder

En lång men också väldigt rolig resa, så beskriver Sigrid Nilsson sin tid som forskarstuderande vid Forskarlinjen. För nu har hon disputerat och kan därmed både blicka framåt och bakåt på sin forskning.