Frequenzsprung-Funk verschwendet weniger Spektrum

Angesichts einer steigenden Flut von Smartphone-Daten, die den Äther zu übertönen drohen, ist ein Beratungsgremium des Weißen Hauses bereit, vorzuschlagen, dass Mobilfunkanbieter und Forschungslabore ihre Bemühungen verstärken, Computer zu nutzen, um das Spektrum weitaus effizienter abzugreifen.

Dies erfordert unter anderem sogenannte Cognitive Radios, die ungenutzte Funkbänder erkennen und große Datenlasten intelligent und unterbrechungsfrei zwischen verschiedenen Frequenzen umschalten können.

Ein Startup aus New Jersey hat das bisher schnellste Cognitive Radio herausgebracht. Es funktioniert auf einem möglichst breiten Spektrum und ist Teil einer Reihe verbesserter Technologien, die entscheidend sind, um die Technologie auf den Markt zu bringen und eine Netzwerküberlastung abzuwenden.

Das fragliche Gerät namens CogRadio und hergestellt von Funktechniksysteme aus Ocean Grove, New Jersey, kann schnell genug umschalten, um beispielsweise für einen Videobetrachter nicht wahrnehmbar zu sein; sowie in ausreichender Menge, dass jede darauf durchgeführte Forschung oder dafür geschriebene Software in zukünftigen realen kommerziellen Geräten anwendbar ist.

Es ist das benutzerfreundlichste und vielseitigste Breitbandradio, zu dem die Forschungsgemeinschaft je Zugang hatte, sagt Dipankar Raychaudhuri, Direktor des Winlab , dem drahtlosen Forschungslabor der Rutgers University, wo die Technologie mitentwickelt wurde. Bestehende Modelle, sagt er, können nicht schnell genug umschalten und haben eine begrenzte Bandbreite und Datenkapazität. Heute ist es das beste verfügbare experimentelle kognitive Radio, und dies ist von entscheidender Bedeutung, da sich die gesamte Gemeinschaft darauf vorbereitet, diese Technologie zu testen und einzusetzen.

Das Gerät ist das erste, das von 100 Megahertz bis 7,5 Gigahertz betrieben werden kann, d. h. von AM- und FM-Bändern bis hin zu Fernsehen und Wi-Fi und Mobilfunkfrequenzen. Es kann auch das verfügbare Spektrum erfassen und zwischen Frequenzen innerhalb von 50 Mikrosekunden und in einigen Fällen nur einer Mikrosekunde wechseln. Dies ist eine Rekordgeschwindigkeit, sagt Peter Woliansky, ein Alumnus von Bell Labs, der das Gadget entwickelt und das Startup dahinter gegründet hat.

Schließlich kann es 400 Megabit pro Sekunde an Daten verarbeiten – etwa das Achtfache dessen, was ein typisches Heim-WLAN-System leisten kann. Mit dieser Art von Rate – und da sie auf mehreren Frequenzen gleichzeitig senden kann – könnten 20 HD-Filme gleichzeitig gesendet werden.

Letztendlich könnten intelligente kommerzielle drahtlose Technologien, die solche Funktionen verwenden, mehr Dienste ermöglichen. Und da neue und disruptive Wireless-Technologien in ein Feld eintreten, das heute von einigen wenigen großen Mobilfunkanbietern dominiert wird, könnte dies einen Wettbewerb schaffen, der die Kosten für den Durchschnittsverbraucher senkt.

Das Gadget kostet fast 6.000 US-Dollar, ist aber billiger als bestehende Modelle. Da die Preise weiter sinken, werden solche Gadgets für breitere Kreise von Code-Autoren verfügbar, nicht nur für gut betuchte Labore. Für Leute, die drahtlose Technologie studieren, ist es lächerlich schwer, das Radio zu bauen und es zum Laufen zu bringen, sagt Woliansky.

Eine der Aufgaben von CogRadio wird es sein, als Testumgebung für die Forschungsbemühungen der National Science Foundation zum Aufbau eines mobilzentrierten Internets zu dienen, in dem Funkkommunikation und Smartphones als die wichtigsten Träger für den Internetzugang angesehen werden, ein Projekt mit Hauptsitz in Raychaudhuris Labor.

CogRadio wird auch in einem der ersten Outdoor-Tests von kognitiven Radios an der University of Colorado, Boulder, eingesetzt, wo seine Software wurde entwickelt . (Kognitive Funkforschung wurde wegen der Gefahr gefährlicher Störungen hauptsächlich in abgeschirmten Labors durchgeführt, aber die US-amerikanische Federal Communications Commission hat damit begonnen, Outdoor-Genehmigungen zur Förderung der Forschung zu erteilen.)

Und Forscher von Virginia Tech werden die Geräte verwenden, um Hochgeschwindigkeits-Breitband-Polizei- und -Feuerwehr- und andere Notfallfunkgeräte der nächsten Generation zu entwickeln, die Video- und Internetzugang umfassen.

Kognitive Funktechnologie könnte eine Reihe neuer Dienste ermöglichen. Es könnte beispielsweise Mobilfunkanrufe an Wi-Fi-Signale weiterleiten – etwas, das heute in kleinen drahtlosen Basisstationen, sogenannten Mikrozellen – durchgeführt wird, aber auch die Verwendung von Glasfasern zum Senden des Signals über das Internet vermeiden und stattdessen das verfügbare Fernsehspektrum nutzen im 400-Megahertz-Bereich.

Bei all diesen Projekten besteht die große Herausforderung in der schnellen Umschaltgeschwindigkeit und der hohen Bandbreite – alles Dinge, die auf die Funkhardware hämmern. Sie möchten so schnell wie möglich und so weit wie möglich im Funkspektrum herumspringen, und wenn Sie irgendwo landen, möchten Sie so viel Spektrum wie möglich aufnehmen und es in das Funkgerät hinein- und herauspumpen, und diese sind tatsächlich sehr schwierig zu tun, sagt Chip Elliot, Projektleiter für das kognitive Radioprojekt der NSF bei BBN in Cambridge, Massachusetts. Dieses Radio ist perfekt für solche Dinge.

Eines Tages werden zukünftige Smartphones und andere Geräte Teile dieser Technologien enthalten. Obwohl dies ein wichtiger Meilenstein für die Realisierung leistungsstarker und nutzbarer kognitiver Funkgeräte ist, muss die Industrie noch viel mehr an Chipdesign, Schnittstellen und vielem mehr leisten, sagt Raychaudhuri. Andere Firmen und Forschungsgruppen arbeiten an der Entwicklung besserer und günstigerer kognitiver Radios.

Das Feld heizt sich auf, da die Anforderungen an Mobilfunknetze steigen. Bell Labs schätzt, dass der mobile Datenverkehr bis 2016 um den Faktor 25 wachsen wird, und Cisco sagt, dass er bis zu diesem Jahr um das 18-fache zunehmen wird. Da die FCC klarstellt, dass das vorhandene Spektrum bis zum nächsten Jahr aufgebraucht sein wird, werden neue Technologien benötigt.

Der bevorstehende Bericht des Weißen Hauses wird vom Google-Vorsitzenden Eric Schmidt und anderen, darunter Craig Mundie, dem Chief Research and Strategy Officer bei Microsoft, mitverfasst. Der Vorsitzende der FCC, Julius Genachowski, hat die Industrie ebenfalls dazu gedrängt, intelligente Technologien zur gemeinsamen Nutzung von Frequenzen zu entwickeln.

verbergen