Die Mehrantennentechnologie könnte helfen, mit der unersättlichen Nachfrage der Benutzer Schritt zu halten
Forscher der Rice University stellten eine neue Mehrantennentechnologie vor, mit der Mobilfunkanbieter mit den unersättlichen Anforderungen datenhungriger Smartphones und Tablets Schritt halten können. Die Technologie zielt darauf ab, die Netzwerkkapazität drastisch zu erhöhen, indem Mobilfunkmasten gleichzeitig Signale an mehr als ein Dutzend Kunden auf derselben Frequenz senden können.
Bildnachweis: Rice University
Details zu der neuen Technologie, die als Argos bezeichnet wird, wurden auf der drahtlosen Forschungskonferenz MobiCom 2012 der Association for Computing Machinery in Istanbul vorgestellt. Argos wird derzeit von Forschern von Rice, Bell Labs und der Yale University entwickelt. Ein Prototyp, der in diesem Jahr bei Rice gebaut wurde, verwendet 64 Antennen, damit eine einzelne Funkbasisstation mit eng fokussierten Richtstrahlen direkt mit 15 Benutzern gleichzeitig kommunizieren kann.
Aufgrund der wachsenden Beliebtheit von Smartphones und anderen datenhungrigen Geräten wird die Nachfrage nach mobilen Daten in den nächsten fünf Jahren voraussichtlich um das 18-fache steigen. Um die Nachfrage zu befriedigen, bemühen sich Mobilfunkanbieter, die Netzwerkkapazität zu erhöhen, indem sie mehr Funkbasisstationen installieren und Milliarden von Dollar für die Übertragung auf zusätzlichen Frequenzen ausgeben.
In Tests bei Rice ermöglichte Argos einer einzelnen Basisstation, Strahlen mit hoher Richtwirkung zu mehr als einem Dutzend Benutzern gleichzeitig auf derselben Frequenz zu verfolgen. Das Ergebnis ist, dass Argos es Carriern ermöglichen könnte, die Netzwerkkapazität zu erhöhen, ohne mehr Spektrum zu erwerben.
"Der Fachbegriff dafür ist Multi-User-Beamforming", sagte Lin Zhong, Co-Leiter des Argos-Projekts, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik, Computertechnik und Informatik bei Rice. "Der Schlüssel ist, viele Antennen zu haben, denn je mehr Antennen Sie haben, desto mehr Benutzer können Sie bedienen."
Laut Zhong gibt es die Theorie des Multi-User-Beamforming schon seit geraumer Zeit, aber die Implementierung der Technologie hat sich als äußerst schwierig erwiesen. Vor Argos hatten die Labors Mühe, Prototypenprüfstände mit einer Handvoll Antennen auszurollen.
"Es gibt alle Arten von technischen Herausforderungen in Bezug auf Synchronisation, Rechenanforderungen, Skalierung und Funkstandards", sagte er. "Die Leute haben sich wirklich gefragt, ob dies praktikabel ist. Daher ist es wichtig, dass wir einen Prototyp erstellen konnten, der tatsächlich zeigt, dass dies funktioniert."
Argos stellt neue Techniken vor, mit denen die Anzahl der Antennen an Basisstationen auf beispiellose Größenordnungen anwachsen kann. Der Argos-Prototyp, der vom Rice-Absolventen Clayton Shepard gebaut wurde, verwendet eine Reihe von 64 Antennen und handelsüblicher Hardware - darunter mehrere Dutzend Open-Access-Testgeräte, sogenannte WARP-Boards, die im Rice Center for Multimedia Communications erfunden wurden. In Tests konnte Argos gleichzeitig Signale an bis zu 15 Benutzer auf derselben Frequenz senden. Bei Mobilfunkanbietern würde sich diese Leistung auf mehr als das Sechsfache der Netzwerkkapazität auswirken. Laut Zhong kann das Design der Basisstation für die Arbeit mit Hunderten von Antennen und mehreren Dutzend gleichzeitigen Benutzern skaliert werden, was zu viel höheren Kapazitätsgewinnen führen würde.
"Es gibt auch eine große Auszahlung bei den Energieeinsparungen", sagte Shepard. „Die Menge an Energie, die Sie für die Übertragung benötigen, nimmt proportional zur Anzahl Ihrer Antennen ab. Im Fall von Argos benötigen wir also nur etwa ein Viertel der Energie, um diese 15 Benutzer zu versorgen, die Sie mit einer herkömmlichen Antenne benötigen würden. “
Laut Zhong und Shepard ist Argos noch mindestens fünf Jahre vom kommerziellen Markt entfernt. Es würde neue Netzwerkhardware und eine neue Generation von Smartphones und Tablets erfordern. Möglicherweise müssen auch die Funkstandards geändert werden. Das sind große Hürden, aber Zhong sagte, die potenziellen Vorteile der Multi-User-Beamforming-Technologie machten es zu einem sehr wahrscheinlichen nächsten großen Schritt für die drahtlose Industrie.
"Die Bandbreitenkrise ist da, und Carrier brauchen Optionen", sagte Zhong. "Sie werden neuen Technologien, die es ihnen ermöglichen, mehr Kunden mit weniger Ressourcen zu bedienen, große Aufmerksamkeit schenken."
Neuauflage mit Genehmigung der Rice University.