По мере роста требований к этим системам инженеры Университета Висконсин-Мэдисон стремятся открыть новые горизонты в передовых технологиях беспроводной связи. Их исследование является частью объявленной 15 июля инициативы Национального научного фонда (NSF) по разработке следующего поколения беспроводных технологий.
«Эти четыре награды, присужденные исследователям из Университета Висконсин-Мэдисон, демонстрируют приверженность NSF проведению фундаментальных исследований в области беспроводной связи, развитию инновационной инфраструктуры связи и поощрению сотрудничества между экспертами в академических кругах и промышленности», — говорит директор программы NSF Тьяга Нандагопал.По всей стране NSF будет способствовать созданию исследовательских платформ и сотрудничеству между научными кругами и промышленностью для исследования, разработки и начала внедрения ключевых компонентов для будущей инфраструктуры связи. В UW-Madison Акбар Сайид и Синью Чжан, оба профессора электротехники и вычислительной техники, и Суман Банерджи, профессор информатики, электротехники и вычислительной техники, приступят к реализации четырех ключевых проектов.
«Это действительно захватывающее время», — говорит Сайид. «Многие инновации, такие как умные города, автономные транспортные средства и Интернет вещей, основаны на очень быстрой беспроводной связи».Существующие коммуникационные сети едва ли могут удовлетворить ненасытный аппетит современного мира к данным.«Потребность в исследованиях в области беспроводной связи и мобильных систем сильнее, чем когда-либо прежде, тем более что пользователи по-прежнему ожидают надежного доступа в любое время и в любом месте через свои личные устройства», — говорит Банерджи.
В настоящее время все беспроводные сети конкурируют за пространство сигнала из ограниченной полосы частот электромагнитного спектра. Информация распространяется как волны, определяемые их частотами и длинами волн, и сейчас все работает на частотах ниже 5 гигагерц. Более высокие частоты, так называемые технологии миллиметрового диапазона 5G, обещают значительно улучшить производительность как в скорости доставки данных, так и в отношении времени задержки сигнала, которое называется «задержкой».
Но использование частот миллиметрового диапазона в реальном мире в значительной степени недоступно для современных технологий.«Использование всего потенциала беспроводной связи миллиметрового диапазона потребует скоординированного подхода в промышленности, академических кругах и государственных учреждениях», — говорит Сайид. «Необходимы достижения в области технологий связи и обработки сигналов, антенн, цифрового оборудования и беспроводных сетей».Учитывая такое множество разрозненных направлений расследования, Сайид будет выступать в качестве главного исследователя сети координации исследований, призванной способствовать сотрудничеству и способствовать быстрому распространению результатов. Помимо объединения признанных лидеров в этой области, сеть будет прилагать особые усилия для включения инновационных новых перспектив от младших преподавателей и недопредставленных групп.
«NSF имеет долгую и гордую историю стимулирования фундаментальных исследований в области сетей и коммуникаций, которые оказали огромное влияние на науку и общество», — говорит Джим Курос, глава отдела компьютерных и информационных наук и инженерии в NSF. «Фундаментальные исследования передовых беспроводных технологий будут трансформирующими и выведут нас за рамки текущего и следующего поколений беспроводных сетей — за пределы того, что предполагалось до сих пор».Поддержка NSF работы UW-Madison включает 1,85 миллиона долларов в течение трех лет, что является частью семилетнего плана национальной инициативы в размере 400 миллионов долларов.
UW-Madison будет не только центром сотрудничества, но и двумя беспроводными испытательными стендами для оценки эффективности новых инноваций.В рамках одного проекта, WiNEST, возглавляемого Банерджи, будет создана инфраструктура по всему Мэдисону для проведения крупномасштабных экспериментов в реальных условиях на используемых в настоящее время частотах. Другой проект под названием Multi-beam MIMO, возглавляемый Сайидом, будет направлен на разработку сети с использованием современной технологии прототипа миллиметрового диапазона для одновременного управления несколькими сигнальными лучами.
Эта сеть позволит в реальном времени тестировать новые протоколы связи, а также выполнять важные измерения для сложной проблемы управления множеством сигнальных лучей на частотах миллиметрового диапазона.Висконсин уже стал горячей точкой для передовых беспроводных исследований. В 2015 году первый в стране испытательный стенд для программной радиосвязи миллиметрового диапазона WiMi, проект под руководством Чжана, поддерживаемый NSF, успешно продемонстрировал передачу данных на частоте 60 гигагерц.
Совсем недавно группа Сайида успешно продемонстрировала первый прототип, способный передавать в реальном времени многолучевые сигналы данных на частоте 28 гигагерц, в рамках двух проектов, финансируемых NSF.Как главный исследователь гранта по сетевым технологиям и системам в рамках новой инициативы, Чжан применит свой опыт для обеспечения того, чтобы беспроводная связь следующего поколения могла работать эффективно, справедливо и в больших масштабах.
Чтобы стать реальностью будущего общения, потребуется широкое сотрудничество между научными кругами и промышленностью, которое в конечном итоге может принести пользу всем.«Прелесть в том, что вы можете продвигать как фундаментальные науки, так и технологии», — говорит Сайид. «Мы не только занимаемся разработкой базовой теории, но также увеличиваем масштабы прототипов до больших испытательных стендов и работаем над коммерциализацией».
Эти новые исследовательские проекты также предоставят уникальные возможности для обучения и исследований для подготовки инженеров и новаторов в области беспроводной связи.