Korisnici današnjih 5G mobitela suočavaju se s kompromisima: impresivne brzine preuzimanja kvari iznimno ograničena, zrnata pokrivenost, dok široko rasprostranjena i pouzdana pokrivenost radi na brzinama koje nisu mnogo veće od današnjih 4G mreža.

Najbolje iz oba svijeta

Nova tehnologija koju su razvili inženjeri elektrotehnike na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu kombinira najbolje iz oba svijeta i mogla bi omogućiti istovremeno izuzetno brzo i pouzdano 5G povezivanje. Istraživači svoje rezultate predstavljaju na ACM SIGCOMM 2021 konferenciji koja se na Internetu održava ovih dana. 

Brzi bežični signali koji se šire milimetarskim valovima, ne mogu putovati daleko i lako ih blokiraju zidovi, ljudi, drveće i druge prepreke. Današnji 5G sustavi visokog pojasa komuniciraju podacima šaljući milimetarski valni snop sličan laseru između bazne stanice i prijemnika kao što je korisnikov telefon. Ako se nešto ili netko nađe na putu te zrake, veza se potpuno blokira.

Dinesh Bharadia, profesor elektrotehnike i računalnog inženjerstva na Tehničkoj školi UC San Diego Jacobs i stariji autor rada, smatra kako nije dobro oslanjati se na taj jedan jedini snop.

Dva su snopa bolja od jednog

Bharadia i njegov tim iz Centra za bežične komunikacije došli su do pametnog rješenja: podijelili su jedan milimetarski valni snop nalik laseru na više zraka i svaki snop usmjerili drugačijim putem od bazne stanice do prijemnika. Ideja je povećati šanse da barem jedan snop dopre do prijemnika kad mu prepreka stoji na putu.

Istraživači su sustav testirali unutar ureda i izvan zgrade u sveučilišnom kampusu. Sustav je osigurao visoku propusnu vezu (do 800 Mbps) sa 100% pouzdanošću. To znači da signal nije pao ili izgubio snagu dok se korisnik kretao oko prepreka poput stolova, zidova i skulptura na otvorenom. U vanjskim testovima sustav je omogućio povezivanje na udaljenostima do 80 metara.

Kako bi izradili ovaj sustav, istraživači su razvili skup novih algoritama. Jedan algoritam upućuje baznu stanicu da snop podijeli u više smjerova. Neki od tih smjerova izravno povezuju baznu stanicu i prijemnik, drugi se pak odbijaju od površina koje reflektiraju milimetarske valove poput stakla, metala, betona kako bi došle do prijemnika.

Algoritam uči koji su najbolji putevi u određenom okruženju i potom optimizira kut, fazu i snagu svakog snopa. Kad stignu do prijamnika, ti se snopovi kombiniraju kako bi stvorili snažan, visokokvalitetan i visokopropusni signal.

Više snopova za jači signal

Istraživači su otkrili kako cijepanje snopa ne smanjuje propusnost ili kvalitetu signala. Matematički se pokazalo da sustav s više snopova daje veću propusnost i istovremeno prenosi istu količinu energije kao sustav s jednim snopom.

No što kad se korisnik kreće i netko mu stane na put? Drugi algoritam to rješava kontinuiranim praćenjem kretanja korisnika i poravnavanjem svih parametara snopa.
Istraživači su algoritme, usklađene s trenutnim 5G protokolima, implementirali na hardveru koji se sastoji od male bazne stanice i prijemnika.

Bazna stanica opremljena je faznim nizom razvijenim u laboratoriju Gabriela Rebeiza, stručnjaka za fazne nizove za 5G i 6G komunikacije. Ovo je tek početak posla - kažu istraživači koji trenutno proširuju sustav kako bi se prilagodio potrebama više korisnika.