La tecnologia, sviluppata da ingegneri elettrici presso l’Università della California (UC) San Diego, ha presentato una soluzione per superare un ostacolo per rendere pratico il 5G ad alta banda per l’utente quotidiano: normalmente i segnali wireless a onde millimetriche non possono viaggiare lontano e sono facilmente bloccati da muri, persone, alberi e altri ostacoli.
Gli odierni sistemi 5G ad alta banda comunicano i dati inviando un raggio di onde millimetriche tra una stazione base e un ricevitore, ad esempio il cellulare di un utente, ma se qualcosa o qualcuno ostruisce il percorso di quel raggio, la connessione è bloccata completamente.
Dinesh Bharadia, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego, ha detto: «Fare affidamento su un singolo raggio crea un singolo punto di guasto».
Il team di ricerca per affrontare questo problema, ha trovato una soluzione: dividere l’unico raggio di onde millimetriche simile a un laser in più raggi e fare in modo che ciascun raggio prenda un percorso diverso dalla stazione base al ricevitore.
L’idea era di aumentare le possibilità che almeno un raggio raggiunga il ricevitore quando c’è un ostacolo. I ricercatori quindi hanno creato un sistema in grado di farlo e lo hanno testato all’interno di un ufficio e all’esterno di un edificio del campus.
Il sistema secondo i ricercatori ha fornito una connessione ad alta velocità (fino a 800 Mbps) con un’affidabilità del 100%, quindi il segnale non è caduto o ha perso forza mentre l’utente si spostava intorno a ostacoli come scrivanie, pareti e sculture all’aperto. Il sistema nei test all’aperto ha fornito connettività fino a 80 metri di distanza.
I ricercatori per creare il sistema, hanno sviluppato una serie di nuovi algoritmi, un algoritmo inizialmente indica alla stazione base di dividere il raggio in più percorsi, alcuni di questi percorsi prendono un segnale diretto dalla stazione base e dal ricevitore; altri prendono un percorso indiretto, dove i raggi per arrivare al ricevitore rimbalzano su quelli che vengono chiamati riflettori (superfici nell’ambiente che riflettono onde millimetriche come vetro, metallo, cemento o parete divisoria).
L’algoritmo apprende quali sono i percorsi migliori in un particolare ambiente e ottimizza l’angolo, la fase e la potenza di ciascun raggio in modo che quando arrivano al ricevitore, si combinino costruttivamente per creare un segnale forte, di qualità e ad alto rendimento, con questo sistema, più raggi producono forte segnale.
Dinesh Bharadia ha detto:
«Penseresti che dividere il raggio ridurrebbe il throughput (è una misura di quante unità di informazioni un sistema può elaborare in un determinato periodo di tempo. Si applica ampiamente a sistemi che vanno dai vari aspetti dei sistemi informatici e di rete alle organizzazioni. Le misure correlate della produttività del sistema includono la velocità con cui è possibile completare un determinato carico di lavoro e il tempo di risposta, l’intervallo di tempo tra una singola richiesta utente interattiva e la ricezione della risposta), o la qualità del segnale, ma con il modo in cui abbiamo progettato i nostri algoritmi, risulta matematicamente che il nostro sistema a più raggi offre un throughput più elevato trasmettendo la stessa quantità di energia complessiva di un sistema a singolo raggio».
Il team ha aggiunto che l’altro algoritmo mantiene la connessione quando un utente si muove o un altro utente si mette in mezzo, quando accadono queste cose, i raggi si disallineano. L’algoritmo risolve questo problema monitorando continuamente il movimento dell’utente e riallineando tutti i parametri del raggio.
I ricercatori hanno implementato i loro algoritmi su hardware, comprende una piccola stazione base e un ricevitore, che hanno sviluppato in un laboratorio presso il Center for Wireless Communications dell’università. Maggiori informazioni possono essere trovate sul sito del progetto.
Ish Jain, studente di dottorato in ingegneria elettrica e informatica nel laboratorio di Dinesh Bharadia, ha partecipato al progetto, ha detto:
«Non hai bisogno di nuovo hardware per fare questo, i nostri algoritmi sono tutti conformi agli attuali protocolli 5G».
Il team di ricercatori sta ora lavorando per ridimensionare il proprio sistema per ospitare più utenti.