UT ontwikkelt goedkope antenne tegen toenemend tekort aan frequenties

Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een antenne ontwikkeld die de toenemende verstoring van frequenties bij draadloze verbindingen tegengaat. De antennes zijn goedkoop te produceren en komen mogelijk binnen twee jaar in laptops, routers en tablets.

Apparatuur kampt in toenemende mate met trage draadloze verbindingen omdat het frequentiespectrum vol raakt. Als er meerdere signalen op één frequentie zitten, ontstaan er verstoringen en de verwachting is dat er alleen maar meer apparaten online komen, waardoor het beschikbare spectrum nog voller wordt. "Op dit moment gebruiken we thuis een frequentie voor bijvoorbeeld onze laptop, router en telefoon. Maar over een aantal jaar hebben we thuis tig apparaten die frequenties gebruiken", zegt Bram Nauta, professor Integrated Circuit Design aan de Universiteit Twente, "Onze antenne biedt de oplossing voor het toenemende tekort aan frequenties."

Er zijn al diverse antennes ontwikkeld die verstoringen kunnen opheffen, maar die zijn vaak duur en complex om te maken. Postdoc Michiel Soer ontwierp als onderdeel van zijn onderzoek naar reconfigurable phased arrays slimme schakelingen op een chip voor een antenne met vier verschillende ontvangers in plaats van één, die energiezuinig is en goedkoop geproduceerd kan worden. De antennes leren zich als het ware te richten op gewenste signalen en ongewenste signalen te negeren.

"Doordat de schakelingen op onze chip de binnenkomende signalen wiskundig bewerken, wordt het verstorende signaal uitgedoofd", zegt Nauta. Hij maakt de vergelijking met verkeer: in plaats van stoplichten om het verkeer te leiden, zorgt de antenne voor viaducten, waardoor auto's altijd kunnen doorrijden zonder dat ze op elkaar botsen of hoeven te wachten.

De vinding moet relatief snel zijn weg naar producten vinden, stelt Bram Nauta: binnen twee jaar zou het in laptops, tablets en routers geïmplementeerd kunnen worden, daarna zouden ook smartphones voorzien kunnen worden. De Universiteit Twente houdt het onderzoek samen met NXP, Thales en TNO.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (48)

[RickN]

Ik neem aan dat de spreker de écht vernieuwende zaken in zijn aanpak weg heeft gelaten om het laagdrempelig te houden voor een breed publiek, maar niks van hetgeen hij nu daadwerkelijk vertelt is nieuw....

Wat hij laat zien is _exact_ wat het Constant Modulus algorithme b.v. ook doet (in een identieke setup) en dat is een algorithme waarover je op elke technische universiteit in standaard signaalprocessing vakken kunt leren.

Getuige b.v. dit cursus materiaal: http://ens.ewi.tudelft.nl...t4147/sheets/cma_leus.pdf

Overigens is dit überhaupt geen (nieuw) antenne ontwerp, dit is gewoon (digitale) signaal processing op de data van 4 reguliere antennes.

[Sissors]

Het algoritme is inderdaad niet nieuw, en puur en alleen daar om de demo te maken (dat was geen onderdeel van zijn onderzoek). Itt wat het bericht je laat denken zijn de antennes ook niet nieuw, het zijn gewoon een stel standaard antennes die je zo kan kopen. De digitale signaal processing die erop gedaan wordt is ook niet nieuw.

Echter wat nieuw is is het analoge gedeelte. De antennes zijn aangesloten op een enkele chip die de 4 antennes kan versterken (geloof dat er een simpele versterker ook in zit), naarbeneden mixen, en tegelijkertijd ze combineren tot één signaal met instelbare richtingsgevoeligheid, en daarbij direct signalen van andere richtingen te cancellen. En zo ongeveer het belangrijkste: met erg laag energieverbruik.

Dus je hebt helemaal gelijk dat dit geen nieuw antenne ontwerp is, want het is geen antenne ontwerp. Al zou je als 'gebruiker' ervan het wel kunnen zien als een enkele richtingsgevoelige antenne (en daarom is het denk ik zo versimpeld). Het compleet digitaal doen is ook mogelijk (minus versterken en downmixen), echter als je dan een stoorsignaal heb dan kan dat in het analoge gedeelte problemen geven. Hier wordt het stoorsignaal er al direct uitgehaald met wat effectief een spatieel filter is.

De verwarring kan ik dus compleet gebruiken, maar zijn werk is zeker nieuw en relevant.

[RickN]

Ok, dat verduidelijkt de zaak, bedankt :-)

Wat voor mij nu nog mist is de verbreding naar hoe dit toegepast gaat worden in een omgeving waar ook de transmitter meerdere antennes heeft. Want als je al 4 receiving antennes tot je beschikking hebt wil je natuurlijk eigenlijk helemaal niet dat je RF front-end je 4 data stromen al gereduceerd heeft tot 1. Je wilt gewoon 4 stromen hebben waarop je nog MIMO processing kunt doen.

Ook verwacht ik zelf meer van oplossingen waarbij de transmitter al aan beamforming doet. Energie die niet onnodig jouw kant op wordt gestuurd is überhaupt geen interferentie :-)

[Reactie gewijzigd door RickN op 27 juli 2024 13:36]

[Sissors]

MIMO werkt beter als je nog fatsoenlijke signaal kwaliteit hebt. Bij sterke interferentie werkt beamforming zo snel mogelijk doen beter. Het is dus een afweging tussen die twee.

[_l_Arjan_l_]

In dit geval is de manier waarop (analoog) de time-delays gemaakt worden vernieuwend. Deze chip kan gebruikt worden als een praktische uitvoering van de theorie van de cursus waar je naar linkt.

[RickN]

Weet je dat of denk je dat?

Als het zo is is het iig niet nieuwswaardig.

[_l_Arjan_l_]

Ja, de analoge kant van het verhaal is vernieuwend. Meer informatie over deze chip kun je vinden op de website van de universiteit: http://icd.ewi.utwente.nl/persons/?id=247

[Sorcerer8472]

Hoe is dit te combineren met MIMO-oplossingen zoals in LTE? Daar ben ik wel benieuwd naar. Wordt er dan op/met 2 virtuele punten gerekend ipv 1 punt? Of moet je bijv. 2x4 antennes hebben daarvoor?

Ik zie wel enorm veel toepassingen en potentie in dit idee trouwens!

[firest0rm]

niet...

zoals je in het filmpje kan zien is een bewegende interferende niet te cancellen met dit concept

en LTE connecties zijn vooral bewegende mobieltjes/smartphones die daar gebruik van maken

[Sissors]

Het is een semi-alternatief op MIMO. ITT wat firestorm zegt werkt het prima met een bewegende interferer, zolang je update rate maar hoog genoeg is. De snelheid waarmee de richtingsgevoeligheid van de antennes kan worden verandert is zo hoog dat dat geen belemmering is, enkel in die demo gaat het juist rustig om het proces te kunnen volgen.

Nu over MIMO vs Beamforming: Versimpeld is MIMO in een rustige omgeving superieur om de maximale snelheid te krijgen. In een erg drukke omgeving is beamforming beter om nog een redelijke snelheid te krijgen.

Overigens zou ik de 2 jaar voordat hij in producten komt ook wel erg optimistisch noemen. Beamforming is niks nieuws, wordt al tientallen jaren toegepast. Wat Michiel Soer heeft gedaan is geen nieuwe antenne gemaakt, maar een schakeling die direct en accuraat die antennes kan combineren tot één uitgangssignaal, waarbij de richtingsgevoeligheid aangepast kan worden. En waarschijnlijk nog het belangrijkste: erg zuinig. Ik vind het dus ook apart dat er wordt gezegd dat er antennes zijn ontwikkeld, dat is helemaal niet het geval. Er is een schakeling gemaakt om die antennes te combineren.

[Anoniem: 62011]

Nee, je moet de berekeningen voor iedere zendantenne opnieuw uitvoeren.

[lepton]

DIt is inderdaad te combineren omdat je met bijvoorbeeld 4 antennes 4 onafhankelijke beams kan vormen en 4 gebruikers tegelijk kan bedienen - dan heet het Multi User MIMO. MU MIMO is gestandaardiseerd in IEEE 802.11ac. Enkelvoudioge beamforming zoals in het filmpje is onderdeel van de IEEE 802.11n standaard - en ook in producten te koop.

[CILLER]

Zeer mooi concept, Alleen verbaast het mij dat hij voor een rij van antennes heeft gekozen. Nu is het effect per richting anders. Voor constanter resultaat lijkt een vierkant mij beter.

Verder een top onderzoek, en hopelijk snel te vinden in de praktijk.

[martin149]

Het feit dat de antennes in een lijn staan, heeft naar mijn weten geen invloed op de werking van het apparaat. DIt heeft er mee te maken dat je als nog het signaal met faseverchillen op zult pakken, van welke hoek het ook komt. (hoe groter het faseverschil, des te kleiner de hoek met de antenne-array). Vervolgens worden deze faseverschillen gebruikt om het signaal te filteren. Het enige dat dus nodig is, is dat de signalen niet van een zelfde bron komen, maar een hoek met elkaar hebben (hoe groter hoe beter waarschijnlijk)

[.oisyn]

Zeer mooi concept, Alleen verbaast het mij dat hij voor een rij van antennes heeft gekozen

Waaruit maak je dat op? Ik lees dat niet terug in het artikel. Ik lees gewoon dat ze effectief een phased array antenna gebruiken - dat impliceert niet dat ze letterlijk op een rij staan.

[CILLER]

dat zie je terug in de demo in het filmpje.

[.oisyn]

Ah ja, die had ik nog niet gekeken

Nou is dit natuurlijk ook maar gewoon maar een test-setup, maar feitelijk maakt het niet zoveel uit. Waar het op neer komt is dat de faseverschillen tussen de 4 antennes vrijwel altijd anders zijn voor signalen uit verschillende bronnen. Er zijn bij deze setup wat edge cases, bijvoorbeeld wanneer de antenna's en het bron-signaal en het interfereer-signaal allemaal exact op 1 lijn liggen, maar in de praktijk maakt zelfs dat niet uit door weerkaatsingen van de signalen op objecten in de omgeving.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 27 juli 2024 13:36]

[Countess]

misschien, maar een vierkant past weer moeilijk in je telefoon bijvoorbeeld, terwijl een rij platte antennes zonder moeite integreert kan worden.

verder maakt het volgens mij ook niet uit, zolang er maar voldoende afstand tussen de antennes zit. dan zal een signaal van een andere richting altijd een andere delay hebben op elke antenne en kun je ze eruit filteren.

nu vraag ik me alleen af hoe snel zo'n antenne in de gaten kan hebben dat je van richting bent veranderend. ik weet niet hoe het met jullie zit maar ik loop meestal als ik bel bijvoorbeeld. (edit: filmpe lijkt dat een kleine halve seconde te duren)

voor laptops, tablets en computers is dat natuurlijk minder van belang.

edit: aan het einde van het filmpje zeggen ze nog dat het voor mobile internet is. als je dat gebruikt ben je meestal ook wat minder bewegelijk.

[Reactie gewijzigd door Countess op 27 juli 2024 13:36]

[martin149]

Ik denk dat de correctie in principe ook een stuk sneller zou kunnen, als het algoritme wordt verbeterd, en vooral als deze techniek in de chips geimplementeerd gaat worden.

[Dark Angel 58]

Zeer mooi concept, Alleen verbaast het mij dat hij voor een rij van antennes heeft gekozen. Nu is het effect per richting anders. Voor constanter resultaat lijkt een vierkant mij beter.

precies, dat zou ik ook doen.

[corset]

Gaaf concept! Dit kan ik echt alleen maar toejuichen. Voor de gemiddelde consument (en nee mensen die gelijk al het toetsenbord inspringen, de tweaker is niet de gemiddelde consument ) is het wisselen van kanalen, en regelen hiervan gewoon een stap te ver.
Op het moment dat er dus een laptop komt met ingebouwde hardware, die dit voorkomt. Dan is dat dus alleen maar beter.

[dtech]

Aangezien 802.11g/n 2.4Ghz maar 3 niet-overlappende (1,6,11) kanalen heeft heeft wisselen niet zoveel zin.

Sterker nog, kanalen 2-5, 7-10 storen met meer dan 1 "hoofd"-kanaal en zullen daardoor meestal een veel slechtere verbinding geven.

[brinkdinges]

In de gemiddelde flat heeft het wisselen van kanalen al geen zin meer, omdat er twee of drie anderen op zitten. Dat leert mijn ervaring helaas.

[corset]

Gelukkig in mijn flat (zoetermeer.. or wait zoeterminder) geen last van. Begint wel wat voller te raken, maar nog niet zo erg dat ik er veel last van heb

[Diablow]

Mja, een beetje zin heeft het op zich wel, want je kan altijd naar het meest rustige kanaal gaan. Ik zie hier een stuk of 30 netwerken tegelijk, maar de meesten zitten op kannal 1,6, of 11, dus dan kun je beter daar tussen ergens gaan zitten.

[analog_]

Je kan ook het zendvermogen gezamenlijk inperken en naar pico APs migreren. Airspace is nu eenmaal niet oneindig.

[dtech]

Wat een onzin, er is uitstekend nagedacht over WiFi. 2.4 Ghz is uitgekozen omdat het bijna over de hele wereld gratis/zonder licentie te gebruiken was en een redelijke demping/frequentie afweging had.

Al heel snel werd ingezien dat 2.4Ghz misschien vol zou raken en is in 1999 (2 jaar na 802.11b) al 802.11a gestandariseerd die op 5Ghz met meer kanalen werkt.

[Silmarunya]

Begrijp ik het goed als ik denk dat dit systeem in principe doet met elektromagnetische golven wat actieve noise cancelling doet met geluidsgolven (door een gepaste 'tegengolf' ongewenste golven opheffen)?

[Countess]

je zou kunnen zeggen dat 'noise cancelling' is wat ze doen nadat ze weten welke signalen ze niet willen.

de innovatie hier is vooral het kunnen beredeneren van welke signalen ze wel en niet willen

[Silmarunya]

Ja, de selectie is uiteraard de technische uitdaging. Maar het concept is dus dat de gewenste frequentie wordt gekozen en de rest (zeer lokaal) gecancelled?

[Anoniem: 28333]

Nee de frequenties zijn hetzelfde, het gaat juist om de richting waar het signaal vandaan komt, bepaald door het tijdsverschil tussen de verschillende antennes; bepaalde plekken zijn verder van de ene antenne verwijderd dan de andere. En zoals .oisyn hierboven al suggereert zou je door reflecties nog beter de verschillende signalen kunnen onderscheiden (al moet je dan wss wel flink gaan rekenen om de verschillende reflecties weer te herleiden naar één bron)

[somososan]

Nee je moet dit meer zien als het kijken door een verrekijker. Je maakt je ontvangst meer gevoeliger voor 1 richting en negeert alle andere golven. Dit wordt gedaan door phased array antenna's.

[Boemklaas]

Heel erg tof! Laat dit zo snel mogelijk komen, vooral in steden zal dit echt een uitkomst zijn!
Ik ken genoeg vrienden die behoorlijke problemen met hun wifi hebben, die zouden hier niet snel genoeg gebruik van willen maken

[King4589]

ze zouden natuurlijk ook voor de meeste systemen terug kunnen gaan naar een bekabelde verbinding. dan heb je in een normale situatie nooit last van storingen door andere signalen.

[Boemklaas]

Daar heb je gelijk in maar helaas zitten ze in een studentenhuis waar enkel wifi beschikbaar is omdat de hoodbewoner geen gaten in z'n muur wil.
En voor je tablet, smarthpone of andere draadloze spullen is het toch wel erg prettig dat het gewoon werkt.

[jaapzb]

Steeds meer laptops hebben niet eens meer een ethernetaansluiting, laat staan dat een smartphone of tablet dat heeft... Bovendien wil ik gewoon op mijn balkon kunnen zitten zonder dat daar zo'n kabel heen hoeft te liggen dwars door mijn kamer heen.

[Reactie gewijzigd door jaapzb op 27 juli 2024 13:36]

[Bilbo.Balings]

Klinkt goed en de technologie hierachter doet me sterk denken aan de LOFAR Radiotelescoop, zou dat toeval zijn of is er hier sprake van een spin-off?

[somososan]

Het is niet een spin-off van LOFAR (wat ook door mensen op de UT wordt ontwikkeld). het is eerder een spin-off van alle radar technologie die in twente wordt gedaan.

[Bilbo.Balings]

Ja, natuurlijk, dat had ik even niet op mijn netvlies staan, ook in Radar antennes zitten dergelijke technieken.

[Zombymario]

Dit is zeer fijn voor degene die veel wifi-netwerken om zich heen heeft. En aangezien nog heel veel (nieuwe) apparaten nog geen 5GHz ondersteuning hebben is dit helemaal een uitkomst.

[Soppyscroll]

dan is het zeker een pluspunt. Want 5ghz is gewoon letterlijk leeg hier na 1 router van mij na dan. en de 2.4 ghz zit bomvol met 25 routers hier

[Anoniem: 47102]

We hadde nal WiFi APs met directed beam voor zenden, dit is in eite het complement ervan: gericht ontvangen.

[Stoepie1]

Goede ontwikkeling dit. En mooi dat het nu dus ook goedkoop kan