Prestandaförstärkning för trådlösa nätverk

Principen för flera antennsystem praktiskt

Prototyp av en MIMO-station med fyra antenner, storlek 25 centimeter till tolv centimeter. © Group Prof. Bölcskei / ETH Zurich
läsa högt

Schweiziska forskare har lyckats fyrdubbla överföringshastigheterna för konventionella trådlösa nätverk från 54 megabit per sekund (Mbps) till 216 Mbps med hjälp av multipelantennsteknik.

Teorin för informationsöverföring säger att i trådlös kommunikation inom ett visst frekvensband kan endast en begränsad mängd data överföras. Sedan man visade dessa gränser för 60 år sedan har man försökt nå de gränser som fastställts av fysiken så effektivt som möjligt.

Med tanke på den växande betydelsen av mobiltelefonnät och trådlösa LAN-anslutningar letar forskare efter nya sätt att överföra mer data än vad som tidigare var möjligt - eftersom överföringskapaciteten är en knapphet och därför också en värdefull tillgång.

Meddelanden från rösterna

Tack vare den så kallade MIMO-tekniken är det möjligt att få flera sändare och mottagare i samma frekvensband att kommunicera med varandra samtidigt. MIMO står för "Multiple Input Multiple Output". Sändare och mottagare har flera antenner.

"Det är som att flera pratar med flera andra på samma gång, " säger Helmut Bölcskei, professor vid Institutet för kommunikationsteknik vid ETH Zürich och förklarar principen. "Vid första anblicken verkar det som att varje lyssnare bara uppfattar en obegriplig röst. Men när lyssnarna på ett smart sätt kombinerar rösterna, kan de filtrera bort de ursprungliga meddelandena. "Visa

Överfört till trådlös kommunikation innebär detta att du kan överföra så mycket mer information än med befintliga procedurer.

Bevisad användbarhet

Redan för mer än tre år sedan hade ETH-forskarna i en liknande testanläggning bevisat att MIMO-tekniken fungerar - men då med bara en användare. Fram till nyligen var det dock oklart om och hur kapacitetsvinsterna kunde realiseras även i komplexa nätverk med flera användare.

Detta är syftet med det europeiska forskningsprojektet "MASCOT" (Testningssäng för flera gånger åtkomst till rymdtid) där ETH Zurich är involverat i Institute of Communications Technology och Institute for Integrated Systems. För detta ändamål har prototypen som utvecklats vid dessa två institut utvidgats.

Zürich-forskarna kunde för första gången visa både teoretiskt och baserat på deras testutrustning att principen för flera antennsystem faktiskt är lämplig för användning i komplexa trådlösa nätverk.

Kompakt fleranvändarsystem

De lyckades bygga ett kompakt fleranvändarsystem med för närvarande tre stationer i laboratorieskala, där varje station sänder eller tar emot via fyra antenner. För var och en av de tre användarna uppnåddes således en ökning av frekvensområdet, vilket är upp till fyra gånger högre än i dagens WLAN-nätverk.

Ett viktigt element i forskningsprojektet var utvecklingen av metoder för avkodning av signalerna, som kan avbryta signalförvirringen i mottagaren så effektivt som möjligt med tanke på ett praktiskt genomförande. Under processen konfronterades forskarna med olika krav: ju fler antenner och abonnenter systemet har, desto mer data kan överföras i princip, men desto mer krävande avkodning.

Eftersom antennerna ska installeras i enheter som är kostnadseffektiva att tillverka måste signalerna avkodas med ett så billigt chip som möjligt, det vill säga små. Ju mindre chip, desto mindre datorkraft är tillgängligt.

Redo för Wi-Fi-applikationer

Tack vare en djupare förståelse av de teoretiska grunderna för flera antennsystem kunde forskare utveckla kraftfulla avkodningsalgoritmer som kräver betydligt mindre chipområde. Mottagarna som utvecklats vid ETH Zurich har blivit så effektiva idag att den nya MIMO-tekniken lätt kan integreras i kommersiellt tillgängliga bärbara datorer och WLAN-stationer.

För mobiltelefoner kan det ta lite längre tid tills MIMO-tekniken används, eftersom de tidigare tillgängliga antennerna behöver för en pålitlig dataöverföring ha ett visst avstånd. Det är därför fortfarande beroende av utvecklingen av förbättrade antenner.

(idw - Swiss Federal Institute of Technology Z rich (ETH Zurich), 14.03.2008 - DLO)