Antenner i Massevis giver Bedre Internet

Af Jakob Brodersen

I takt med at vi bevæger os mod en verden, hvor alt er forbundet, stiger behovet for et velfungerende mobilt netværk med plads til flere tilkoblede enheder og mere trafik.

”Med ’Internet of Things’, som det kaldes, får flere og flere enheder brug for at kunne tale med hinanden,” forklarer Elisabeth de Carvalho, der er lektor ved AAUs Institut for Elektroniske Systemer. Sammen med sine kolleger Patrick Eggers, Jesper Ødum Nielsen og PhD-studerende Anders Karstensen og med støtte fra den kinesiske elektronik-gigant Huawei arbejder hun med at udvikle en ny type basestation, der tager højde for det tilsyneladende endeløst stigende behov for mobil dataoverførsel.

MIMO, min MIMO…

Systemet, der stadig er på et tidligt stadie i udviklingen, går under betegnelsen ’massive MIMO’. MIMO er en forkortelse for ’Multiple-Input Multiple-Output’ – en trådløs teknologi, der bruges til at overføre data mellem større klynger af forbundne enheder og brugere på samme tid.

På de basestationer vi bruger nu – de mobilantenner man kan se på høje bygninger eller i toppen af sendemaster – kan der være op til otte små antenneenheder, der peger ud i forskellige retninger for at sørge for dækning over et stort område. Men forskerne i Aalborg arbejder på at udvikle en basestation, der har flere hundrede små antenner, hvilket gør det muligt at forbinde meget mere præcist med hver enkelt mobile enhed.

”Vi ved ikke præcist hvordan det ender med at komme til at se ud. Måske bliver det en hel væg på en bygning, der er dækket af antenner på ydersiden – eller indersiden. Vi er stadig usikre på, hvad der vil fungere bedst,” siger Elisabeth de Carvalho.

Fokuser energien

Når man sætter hundredevis af små antenner på en basestation kan man overføre en langt højere datarate fordi energi bliver mere fokuseret. Og fordi energi kan bevæge sig længere jo mere fokuseret den er, vil mobildækningen med al sandsynlighed blive bedre.

Samtidig forventer forskerne at basestationernes energiforbrug kommer til at falde i sammenligning med de stationer vi bruger i dag:

”Når man har mange antenner svarer det til at man har mange snævre, koncentrerede vandslanger, som man kan pege præcis derhen hvor man gerne vil have vand – fremfor at have en stor, utæt brandslange, der plasker udover det hele,” forklarer Patrick Eggers.

”Med den ny teknologi sender vi ikke bare data ud i alle mulige retninger som en radio; vi går efter at skabe en slags virtuelt kabel, der er smalt og fokuseret mellem basestationen og de enkelte mobile enheder. Vi indsnævrer den plads, der bliver brugt til at overføre data på. Det giver en hurtigere og bedre forbindelse.”

Bedre sikkerhed

At indsnævre overførselsrummet er ikke kun et spørgsmål om kapacitet. En anden fordel ved at bruge et stort antal antenner i basestationerne er, at det gør forbindelse sikrere.

”Jo mere du kan indsnævre den plads du skal bruge til at overføre på, jo sværere bliver det for andre at lytte med,” siger Patrick Eggers. ”Når du sender noget ud i æteren, kan man altid sætte en antenne op og fange signalet, hvis man er CIA eller KGB eller hvem man nu er – hvis man har noget udstyr, der er kraftigt nok til at kunne afkode signalet. Men hvis du slet ikke kan fange signalet, bliver det rigtig svært. Det er en stor fordel for både virksomheder og private. Jo større kontrol man har over transmissionsrummet og jo snævrere det er, desto sværere er det for uvedkommende at trænge ind,” siger han.

Forstudie af en prototype

Alt andet lige vil fordelene ved et ’Massive MIMO’-system forblive formodninger en rum tid endnu. Indtil videre har forskerholdet bygget en storskalamodel i laboratoriet for at kunne måle på de trådløse kanaler og på den måde regne ud, hvordan en basestation skal bygges på et senere tidspunkt.

”Lige nu ser vi på, hvordan en Massive MIMO præsterer. Det afhænger meget af, hvad der sker i luften mellem de mobile enheder og basestationen. Vi baserer vores modeller af trådløse kanaler på de målinger vi foretager i laboratoriet – det er nødvendigt for at ingeniørerne kan teste deres algoritmer,” siger Elisabeth de Carvalho. ”Der mangler stadig en del forskningsarbejde, før vi kan begynde at tænke på at bygge en rigtig prototype.”

For øjeblikket findes der ingen sikker viden om, hvordan en Massive MIMO vil fungere og hvordan de trådløse kanaler kommer til at se ud, og den information er helt afgørende for, hvordan systemet skal bygges.

”Der er mange formodninger og teorier, som alle sammen går ud fra at tingene i luften mellem antennerne foregår på en bestemt måde, men der er ingen, der ved det med sikkerhed. Ikke endnu i hvert fald,” siger Jesper Ødum Nielsen.