Publiekssamenvatting promotie

Slimmere strategieën voor draadloze transmissie maken hogere datasnelheden mogelijk

17 december 2020

Klaar voor een toekomstige stijging van het aantal internetgebruikers

Op dit moment zijn er zo'n 4 miljard gebruikers en 25 miljard devices verbonden met het internet. Deze aantallen groeien nog steeds, net als de netwerkcongestie. De dreigende instorting van de datasnelheden baart telecombedrijven grote zorgen. Promovendus Yunus Can Gültekin van de faculteit Electrical Engineering ontwikkelde een nieuw soort communicatiestrategie, die de energie-efficiëntie en datasnelheden van draadloze transmissie enorm verbetert. Op 16 december promoveerde Gültekin op zijn onderzoek.

Draadloze communicatiesystemen wisselen elektromagnetische signalen uit waarin digitale informatie ingebed zit. Hoge datasnelheden en een laag stroomverbruik, mogelijk gemaakt door het efficiënte ontwerp van de signalen en de manier waarop de informatie ingebed wordt, hebben ons de information age en het internet of things gegeven. De traditionele ontwerpstrategieën zijn echter onvoldoende om connectiviteit te leveren voor de groeiende gebruikersaantallen en de groeiende vraag naar data.

Om devices zo efficiënt mogelijk te laten werken, moeten ze informatie versturen op de manier die het beste past bij de eigenschappen van het communicatiekanaal. Door over te schakelen naar channel-aware ontwerp kan de batterijduur van draadloze systemen met meer dan 40% verlengd worden. De datasnelheid kan ook met honderden Mbit/s verhoogd worden voor 5G-communicatie, en nog meer voor toekomstige draadloze systemen met grotere frequentiebandbreedte.

Kanaalvriendelijke signalen

Een basiselement om in draadloze systemen in te bouwen voor verbeterde transmissie is een 'signal shaping' blok. De functie van dit element is digitale informatie om te zetten in draadloze signalen om te verzenden, op zo'n manier dat ze passen bij het communicatiekanaal. In zijn onderzoek heeft Gültekin zich erop gericht om shaping blocks te ontwikkelen voor draadloze kanalen. Hij ontwierp algoritmes die de meest kanaalvriendelijke signalen identificeren die nog steeds met lage complexiteit geïmplementeerd kunnen worden.

Ook ontwikkelde hij een gepatenteerd algoritme dat de transmissiekracht van huidige Wi-Fi met zo'n 30% vermindert en de datasnelheid met ongeveer 20% verhoogt. Deze aanpak is compatible met bestaande Wi-Fi-standaarden, waardoor een naadloze overgang naar een volgende generatie ontwerpstrategieën voor Wi-Fi-devices mogelijk wordt. Gültekin ontwikkelde daarnaast nog twee gepatenteerde algoritmes van lage complexiteit die de beloofde verhoging van de datasnelheid tegen minimale kosten mogelijk maken. Zijn mede-onderzoekers in het ICT Lab toonden aan dat deze algoritmes de transmissie-afstand voor conventionele glasvezelsystemen met meer dan 400 km verhogen.

Dit onderzoek is een belangrijke stap richting hogere datasnelheden in draadloze en optische netwerken. Shaping blocks zullen een essentieel onderdeel worden van toekomstige devices en communicatiestandaarden, waardoor snellere verbindingen mogelijk worden voor veel meer gebruikers. Met Gültekins resultaten is communicatie op de theoretische limiet van efficientie een stap dichterbij.

Titel van de dissertatie: Enumerative Sphere Shaping Techniques for Short Blocklength Wireless Communications. Promotor: Frans Willems, TU/e. Andere betrokken partijen: NXP Semiconductors

Barry van der Meer
(Head of Department)