6G-Funkspektrum: Nicht nur eine Millimeterwellen-Zukunft

Heutzutage wird in der 6G-Telekommunikationsforschung ein entscheidender Teil des drahtlosen Spektrums übersehen: das Frequenzbereich-3- oder FR3-Band. Diese Lücke ist teilweise auf den Mangel an brauchbaren Software- und Hardwareplattformen zur Untersuchung dieses Bereichs des Spektrums im Bereich von etwa 6 bis 24 Gigahertz zurückzuführen. Aber ein neues Open-Source-Kit für die drahtlose Forschung ändert diese Gleichung. Und die mit diesem Kit durchgeführte Forschung, die letzte Woche auf einer führenden Branchenkonferenz vorgestellt wurde, liefert den Beweis für die Machbarkeit dieses Spektrumbandes für zukünftige 6G-Netzwerke.

Tatsächlich markiert es wohl auch einen Moment der Neubewertung für den Telekommunikationssektor. Die Zukunft von 6G mit hoher Bandbreite werde möglicherweise nicht ausschließlich auf anspruchsvolle Millimeterwellen-basierte Technologien ausgerichtet sein, sagen diese Leute. Stattdessen könnte 6G viel Raum für Mikrowellenspektrumtechnologie mit höherer Bandbreite lassen, die letztendlich bekannter und zugänglicher wäre.

Das FR3-Band ist ein Bereich des Mikrowellenspektrums knapp unterhalb der Millimeterwellenfrequenzen (30 bis 300 GHz). Auch für Satelliteninternet und militärische Kommunikation erfreut sich FR3 bereits heute großer Beliebtheit. Damit künftige 5G- und 6G-Netze das FR3-Band mit etablierten Betreibern teilen können, müssten Telekommunikationsnetze flexibel genug sein, um regelmäßige, schnell reagierende Frequenzsprünge durchzuführen.

Dennoch ist das Spektrum-Hopping möglicherweise immer noch ein einfacher zu lösendes Problem als die physikalischen Mängel, die Teilen des Millimeterwellenspektrums innewohnen – Mängel, zu denen begrenzte Reichweite, schlechte Durchdringung, Sichtlinienbetrieb, höherer Leistungsbedarf und höhere Empfindlichkeit gehören Wetter.

Das neue Gesicht von Pi-Radio

Anfang dieses Jahres brachte das in Brooklyn, New York, ansässige Startup Pi-Radio, ein Spin-off der Tandon School of Engineering der New York University, ein Hardware- und Software-Kit für drahtloses Spektrum für die Telekommunikationsforschung und -entwicklung auf den Markt. FR-3 von Pi-Radio ist ein softwaredefiniertes Funksystem, das speziell für das FR3-Band entwickelt wurde, erklärt Sundeep Rangan, Mitbegründer des Unternehmens.

„Softwaredefiniertes Radio ist im Wesentlichen eine programmierbare Plattform zum Experimentieren und Erstellen jeder Art von drahtloser Technologie“, sagt Rangan, der auch stellvertretender Direktor von NYU Wireless ist. „Alle Forscher brauchen es in den frühen Phasen der Systementwicklung. »

Beispielsweise präsentierte das Pi-Radio-Team ein neues Forschungsergebnis, das auf der Asilomar-Konferenz der IEEE Signal Processing Society zu Signalen, Systemen und Computern in Pacific Grove die Richtung einer FR3-Antenne aus Messungen eines mobilen Pi-Radio-Empfängers ableitet , Kalifornien am 30. Oktober.

Laut Marco Mezzavilla, Mitbegründer von Pi-Radio und außerordentlicher Professor an der Polytechnischen Universität Mailand, wird die frühe FR3-Forschung, die das Team bei Asilomar präsentierte, es Forschern ermöglichen, „zu erfassen [signal] Ausbreitung in diesen Frequenzen und wird es ermöglichen, sie zu charakterisieren, zu verstehen und zu modellieren … Und dies ist der erste Schritt zum Entwurf zukünftiger drahtloser Systeme auf diesen Frequenzen.

Es gibt einen guten Grund, warum Forscher FR3 kürzlich wiederentdeckt haben, sagt Paolo Testolina, Postdoktorand am Institut für drahtloses Internet der Dinge der Northeastern University, der nicht an den aktuellen Forschungsbemühungen beteiligt ist. „Die derzeitige Knappheit an Frequenzen für die Kommunikation zwingt Betreiber und Forscher dazu, sich auf dieses Band zu konzentrieren, von dem sie glauben, dass es möglich ist, mit den derzeitigen etablierten Betreibern zu koexistieren“, sagt er. „Das Teilen des Spektrums wird in dieser Gruppe von entscheidender Bedeutung sein.“

Rangan weist darauf hin, dass die Arbeit, auf der Pi-Radio aufbaute, Anfang des Jahres sowohl zu den grundlegendsten Aspekten des Aufbaus von Netzwerken im FR3-Band als auch zur spezifischen Implementierung der einzigartigen Frequenzsprung-Suchform von Pi-Radio veröffentlicht wurde die Zukunft. drahtlose Netzwerke. (Beide Artikel wurden in IEEE-Zeitschriften veröffentlicht.)

„Wenn Sie über Frequenzsprung verfügen, bedeutet das, dass Sie Systeme erhalten können, die resistent gegen Blockierungen sind“, sagt Rangan. „Aber selbst wenn es möglicherweise auf andere Weise angegriffen oder kompromittiert würde, könnte dies tatsächlich eine neue Art von Dimension eröffnen, die wir normalerweise nicht in der Mobilfunkinfrastruktur haben.“ Mit anderen Worten: Das von FR3 für die drahtlose Kommunikation geforderte Frequenzspringen könnte eine Schutzschicht gegen Hackerangriffe einführen, die möglicherweise das Netzwerk als Ganzes stärken könnte.

Ergänzung, kein Ersatz

Das Pi-Radio-Teambetont jedoch, dass FR3 andere neue Segmente des Funkspektrums nicht verdrängen oder ersetzen würde. Beispielsweise gibt es bereits heute den Einsatz von Millimeterwellen-5G, dessen Reichweite und Leistung in der 6G-Zukunft zweifellos zunehmen wird. Wie FR3 die künftige Nutzung des 5G- und 6G-Spektrums ausweiten wird, ist jedoch ein völlig ungeschriebenes Kapitel: Ob FR3 als Band des drahtlosen Spektrums aussterben oder durchstarten wird oder irgendwo zwischen beiden einen bequemen Platz finden wird, ist teilweise entscheidend hängt davon ab, wie es erforscht und entwickelt wird. Jetzt, sagt das Pi-Radio-Team.