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Beam-Steering-Funktechnologie könnte dazu beitragen, dass selbstfahrende Autos endlich auf die Straße kommen

Eine langsame mobile Internetverbindung kann in unserer zunehmend vernetzten Welt zu einem großen Ärgernis werden. Wissen die Internetgötter nicht, dass Sie dieses Spiel jetzt spielen müssen? Können sie nicht sehen, dass Sie versuchen, auf Ihrem Weg zur Arbeit zu arbeiten? Dank einer neuen Funkwellensteuerungstechnologie könnten Ihre Verbindungsprobleme für immer verschwunden sein.

Hier ist der Grund, warum Ihr Telefon unterwegs langsamer wird: Sie verbrauchen mehr Daten, wenn Sie sich bewegen, und verwenden Ihr Telefon, um Online-Videos anzusehen, ein Spiel zu spielen oder Apps herunterzuladen. Letztendlich hängt Ihre Fähigkeit, online zu gehen, von Ihrer Fähigkeit ab, ausreichend starke mobile Kommunikationssignale zu senden und zu empfangen, und dafür benötigen Sie Antennen, die Funkwellen aussenden, die stark genug sind, um Ihr Gerät zu erreichen.

Derzeit versuchen Dienstanbieter, die hohe Nachfrage zu befriedigen, indem sie Signale mit höheren Frequenzen an Benutzer senden. James ChurmProfessor of Engineering an der University of Birmingham, erklärt dazu Umkehren. Aber höhere Frequenzen bringen ein anderes Problem mit sich: höhere Dämpfung oder verringerte Signalstärke.

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„Wenn eine Antenne Daten in alle Richtungen senden würde, wäre die Signalstärke zu dem Zeitpunkt, an dem sie das Telefon eines Benutzers erreicht, vernachlässigbar“, erklärt Churm.

„Um diesem Problem entgegenzuwirken, werden stark gerichtete Funkwellen verwendet, um Signale in eine einzige Richtung zu senden.“

Aber Churm und sein Team haben einen anderen effektiven Weg, um das Problem zu umgehen. Ihre Innovation bei herkömmlichen Funkantennen könnte sowohl das Internet der Dinge als auch eine neue Ära der mobilen Kommunikation beschleunigen, die für die Kommunikation im Weltraum und auf der Erde von Bedeutung ist – 6G.

Letztendlich könnte ihr Gerät selbstfahrende, selbstfahrende Fahrzeugtechnologie Wirklichkeit werden lassen, indem es Autos und andere Transportmittel mit Internetsignalen versorgt, die robust genug sind, um Funktionen wie das Treffen komplexer Entscheidungen auf der Grundlage von Verkehrsbedingungen zu ermöglichen.

„Die Antenne passt sich an, um dem Benutzer zu folgen.“

Was gibt’s Neues – Churm und seine Kollegen entwarfen a neue Antenne was die Effizienz der Datenübertragung erhöht und dem Mobilfunk neue Frequenzen erschließt. Die Antenne verwendet die sogenannte „Beam Steering“-Technologie – die Antenne kann die Ablenkung einer Funkwelle steuern, wodurch der Strahl fokussiert und die Übertragungseffizienz erhöht wird. Darüber hinaus kann es einen Benutzer so effektiv verfolgen wie ein Satellit.

Sie stellten die Technologie vor Internationale Union der Radiowissenschaften Sitzung vom 3. Juni 2022.

„Diese Technologie kann verwendet werden, um 5G-Systeme auf der Basisstationsseite zu ermöglichen, und wird 6G zugute kommen, wenn es in den nächsten Jahren eingeführt wird“, sagte Churm.

„Es gibt Anwendungsbereiche im Internet der Dinge, die die Vernetzung in automatisierten Industriesystemen sowie in Haushalten ermöglichen“, fügt er hinzu.

„Die Technologie kann auch für den Einsatz in der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-, Fahrzeug-zu-Infrastruktur-, Fahrzeug-Radar- und Satellitenkommunikation angepasst werden, was sie ideal für den Einsatz der nächsten Generation in Automobil-, Radar-, Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen macht“, Churm hat es schon gesagt in einem Forschungsbericht.

Daten beschleunigen

Das neue Strahlsteuerungsgerät ist in einem iPhone-großen Gerät untergebracht. Im Inneren befindet sich ein Metamaterial, ein einzigartiges Material, das entwickelt wurde, um auf bestimmte Weise mit Wellen zu interagieren, und aus einem Metallblech besteht, das mit winzigen Löchern durchbohrt ist.

Die neue Antenne.Universität Birmingham

„Unsere Lösung ist nicht nur viel effizienter beim Aussenden von Funkwellen, sondern erfordert auch ein viel weniger komplexes Steuerungsschema, das dazu beitragen sollte, Systeme erschwinglicher und allgegenwärtiger zu machen“, sagt Churm.

Das neue Gerät kann eine kontinuierliche „Weitwinkel“-Strahlsteuerung bieten, wodurch es einen sich bewegenden Mobiltelefonbenutzer auf die gleiche Weise verfolgen kann, wie sich eine Satellitenschüssel dreht, um ein sich bewegendes Objekt zu verfolgen, jedoch mit erheblich verbesserten Geschwindigkeiten.

Das neue Beam Steering Gadget könnte Teil der Lösung für die aktuellen Datenbeschränkungen sein. Wenn sich der Benutzer jedoch bewegt, kann er sich aus der Sichtlinie der Antenne bewegen, da der Strahl der Antenne absichtlich schmal ist.

Aber Churm und sein Team haben dies herausgefunden: „Die Antenne passt sich mithilfe von Beam-Steering-Techniken an, um dem Benutzer zu folgen, damit der Dienst in Bewegung bleiben kann“, sagt er.

„Die Strahlsteuerung ermöglicht es der Antenne auch, innerhalb kurzer Zeit zwischen mehreren Benutzern umzuschalten, da die Datenrate der Basisstation erheblich höher ist als das, was das Gerät eines Benutzers empfangen kann. .“

Die Forscher sagten, dass ihr Gerät jetzt mit den 5G-Spezifikationen kompatibel ist, die von Mobilfunknetzen verwendet werden.

strahl mich aus

5G hat eine schnellere mobile Kommunikation als je zuvor ermöglicht, aber 6G könnte weiter gehen und sogar in den Weltraum.lupengyu/Moment/Getty Images

Beam Steering hilft, die drahtlose Geschwindigkeit für alltägliche Benutzer von Mobilfunktechnologien zu verbessern, Swarun KumarProfessor für Elektrotechnik und Computertechnik an der Carnegie Mellon University, erklärt dazu Umkehren.

Im Gegensatz zur Kommunikation über Drähte wie das Ethernet-Kabel, bei der die Kommunikation jederzeit zwischen zwei Geräten stattfindet, wird das drahtlose Medium gemeinsam genutzt – was bedeutet, dass jedes Gerät, das denselben drahtlosen Dienst nutzt, im Prinzip mit allen anderen Geräten „sprechen“ und „hören“ kann.

„Im Mobilfunkkontext bedeutet dies, dass bei der Kommunikation von Basisstationen im Prinzip alle Telefone ihre Signale hören könnten“, sagt Kumar.

„Dies macht es für verschiedene Gerätepaare schwierig, gleichzeitig zu kommunizieren, da sie sich im Grunde gegenseitig stören, also ‚übereinander sprechen‘ würden.“

WiFi-, 4G- und 5G-Technologien verwenden bereits Beam-Steering, um die Geschwindigkeit zu optimieren. Ein üblicher Ansatz ist die Verwendung von „Satellitenschüsseln“ (ähnlich Satellitenschüsseln), die sich direkt auf Signale entlang der Spitzen der Parabolantenne konzentrieren. Aber die einzelnen Antennenelemente werden mit zunehmender Signalfrequenz kleiner und weiter voneinander entfernt, was ihre Konstruktion schwierig macht.

„Stellen Sie sich vor, dass im gesamten Restaurant immer nur eine Person sprechen darf. Beam Steering ermöglicht parallele drahtlose ‚Gespräche‘.“

„Das Birmingham-Team entwickelte ein direktionales Design bei hohen Frequenzen (den sogenannten mmWave-Frequenzen), die zunehmend für 5G und darüber hinaus eingesetzt werden“, erklärt Kumar.

„Eine Schlüsselinnovation in ihrem Ansatz scheint die effiziente Verwendung intelligenter Materialien zu sein, um sicherzustellen, dass der Gesamtformfaktor der Antenne klein ist und gleichzeitig eine hohe Leistung gewährleistet ist.“

Kumar vergleicht die Richtung des Strahls mit einem belebten Restaurant, in dem sich viele Leute unterhalten. Technisch gesehen kann jeder miteinander auskommen, aber Leute an verschiedenen Tischen können trotzdem sinnvolle Gespräche führen. Dies liegt daran, dass Menschen Gespräche in eine bestimmte Richtung lenken können.

„Beam-Steering ist eine ähnliche Idee – Fokussieren der Richtung eines drahtlosen Signals auf den beabsichtigten Empfänger“, erklärt Kumar.

„Betrachten Sie sie als drahtlose Äquivalente von Hornlautsprechern, die drahtlose Energie in eine bestimmte Richtung lenken. Die „Steuerbarkeit“ des Strahls ermöglicht es dem Sender – beispielsweise einer Mobilfunkbasisstation – die Übertragungsrichtung basierend auf dem Standort des Mobiltelefons schnell zu „steuern“. »

„Dieser Ansatz funktioniert sowohl beim Senden als auch beim Empfangen – der Turm könnte auch Signale auf die gleiche Weise empfangen, indem er den Empfang in Richtung eines bestimmten Mobiltelefons fokussiert.“

So wie die Fokussierung auf Geräusche in einem Restaurant Ihnen helfen kann, Gespräche zu verstehen, kann die Strahlrichtung der Mobilfunkkommunikation helfen, sagt Kumar. Durch die Konzentration auf bestimmte Richtungen sind die vom Benutzer gesendeten und empfangenen Signale robuster, was eine schnellere Kommunikation und höhere Geschwindigkeiten für die Benutzer bedeutet. Darüber hinaus ermöglicht die Beam Steering viele parallele Gespräche zwischen mehreren Benutzerpaaren ohne Interferenzen.

„Die Alternative wäre gewesen, sich abzuwechseln – ein Gerät nach dem anderen – was viel langsamer ist“, fügt Kumar hinzu.

„Stellen Sie sich vor, dass im gesamten Restaurant immer nur eine Person sprechen darf. Beam Steering ermöglicht parallele drahtlose ‚Gespräche‘, was zu einer erheblichen Beschleunigung für alle Beteiligten führt.

Am Horizont…

Für Mobilfunknetze könnte Beam Steering die Datengeschwindigkeit und -zuverlässigkeit erhöhen, Erich Schwarzsagt der Chief Technology Officer von Pivotal Commware Umkehren. Pivotal Commware stellt Telekommunikationsgeräte bereit.

Selbstfahrende Autos sind eine Technologie, die in greifbarer Nähe scheint.PonyWang/E+/Getty Images

Die Technik könnte auch die Akkulaufzeit von Telefonen verbessern, da weniger Strom zum Senden und Empfangen von Signalen benötigt wird.

„Der genaue spürbare Vorteil hängt vom Design des zugrunde liegenden Systems ab“, sagt Black.

„Carrier werden ihre Netzwerke auf Kombinationen dieser Unterscheidungsmerkmale aufbauen. Einige werden sich für einen verbesserten Datendurchsatz und einen besseren Stromverbrauch entscheiden, während andere sich möglicherweise auf eine verbesserte Reichweite und Abdeckung konzentrieren.

Adil KidwaiHead of Product Management beim Internet-Technologieunternehmen EdgeQ Umkehren Diese Strahlsteuerung könnte für Anwendungen mit extrem hohen Datenraten nützlich sein, insbesondere für 5G-Netzwerkmobilitätsanwendungen in Innenräumen, die hohe Datenbandbreiten erfordern.

Beam Steering kann beispielsweise für militärische Anwendungen verwendet werden, bei denen Daten mit hohem Burst und hoher Bandbreite in sehr kurzer Zeit oder über eine sehr kurze Entfernung geleitet werden müssen, sagt Kidwai.

Für Sie und mich könnte Beam Steering für VR-Headsets für das Metaverse verwendet werden, wo ein reibungsloses, immersives Erlebnis eine Datenübertragung mit hoher Bandbreite und extrem geringer Latenz erfordert, sagt Kidwai.

Eine weitere potenzielle Anwendung, sagt Churm, besteht darin, selbstfahrende, selbstfahrende Fahrzeugtechnologie effizienter und letztendlich sicherer für die Passagiere zu machen.

Ihr Strahllenkungsgerät und ihre Technologie könnten „Automobilkommunikation und Radar der nächsten Generation“ ankündigen, sagt er, „die es Fahrzeugen ermöglichen, sowohl miteinander als auch mit ihrer Umgebung zu kommunizieren, um eine kontextbezogene Entscheidungsfindung für Fahrer zu ermöglichen. autonome Fahrzeuge“.

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