De vijfde generatie telecommmunicatietechnologie (5G), in combinatie met andere technologieën zoals kunstmatige intelligentie en internet-of-things (IoT), zal de manier waarop we vandaag leven en met elkaar omgaan veranderen, zowel in de industrie als in de samenleving.

5G maakt een bredere netwerkdekking, betrouwbare netwerkverbindingen en snellere gegevensoverdracht mogelijk, en het langetermijnperspectief van 5G is enorm. Met de snelle toename van het aantal apparaten en machines dat verbonden is met het internet, is een nieuw tijdperk van informatie-gestuurde toepassingen en ecosystemen aangebroken. 5G zal deze groei mogelijk maken, en zal samen met de hoeveelheid gegevens die hierdoor worden gegenereerd, het begin vormen van een tijdperk van ‘Massive IoT’.

In de komende jaren zal 5G zorgen voor een snellere netwerkverbinding via verbeterde mobiele breedbanddiensten, met name dankzij hoogfrequente of millimetergolfbanden (mmWave).

Naast verbeteringen aan de bestaande functies van mobiele netwerken, ondersteunt 5G nieuwe functies voor kritieke toepassingen zoals externe bediening van infrastructuur, drones, robotica en voertuigen. Deze functies vereisen een stabiele verbinding met een extreem lage wacht- en reactietijd.

Om de efficiëntie van het radiospectrum dat door dergelijke technologieën wordt gebruikt, te vergroten, werken onderzoekers aan het nauwkeurig modelleren van het radiokanaal tussen de zend- en ontvangstantennes. Het radiokanaal is het medium waarin het draadloze signaal zich voortbeweegt en is verantwoordelijk voor de veranderingen van de kenmerken van het signaal dat bij de ontvanger aankomt.

Het fenomeen van multipad-propagatie beschrijft de veelheid aan ontvangen signalen die het resultaat zijn van verschillende interacties met de fysieke objecten in de omgeving. Dergelijke interacties vinden plaats via verschillende propagatiemechanismen zoals reflectie, diffractie en verstrooiing. Kanaalmodellering heeft dus tot doel een wiskundige weergave te maken van de effecten die het communicatiekanaal heeft op de karakteristieken van de draadloze signalen, wat fading wordt genoemd. Met behulp van nauwkeurige kanaalmodellen is een realistische evaluatie van de prestaties mogelijk bij het ontwerp van communicatiesystemen, evenals het optimaliseren van linkprestaties en datasnelheden.

“In mijn onderzoek heb ik me enerzijds gericht op kanaalmodellering voor communicatie tussen voertuigen, en anderzijds op kanaalmodellering voor binnen-toepassingen, zoals het waarnemen van mensen in een industriële ruimte”, legt Marwan uit.

Bij communicatie tussen voertuigen verandert de propagatieomgeving snel als gevolg van de mobiliteit van de voertuigen en de relatief lage positie van de antennes. Bijgevolg is het onderliggende fadingproces in deze kanalen selectief in zowel de tijd als frequentie, en de statistische eigenschappen ervan blijven niet constant gedurende lange tijdsduur en over de volledige frequentiebandbreedte.

Naast communicatie tussen voertuigen vormt ook draadloze communicatie in industriële binnen-omgevingen een uitdaging. Sterk reflecterende omgevingen worden gekenmerkt door een rijke elektromagnetische verstrooiing, tijds-en hoekspreiding, en kunnen kenmerken van een complexe caviteit vertonen.

“Het hoofddoel van mijn onderzoek was het modelleren van draadloze radiokanalen voor verschillende scenario's en toepassingen met betrekking tot toekomstige 5G-netwerken, die zullen helpen bij het ontwikkelen van efficiëntere en robuustere communicatie- en detectieoplossingen”, vertelt Marwan.

“Het eerste deel is gewijd aan het bestuderen van het gedrag van draadloze kanalen voor communicatie tussen voertuigen met een focus op stochastische modellering van propagatieparameters voor het niet-stationaire fadingproces“, vervolgt Marwan.

“Het doel van het tweede deel is om het propagatiekanaal binnenshuis te onderzoeken in sterk reflecterende industriële scenario's. De reflecterende kenmerken van dergelijke omgevingen zijn gemodelleerd op basis van de theorie van elektromagnetische straling en worden gebruikt in toepassingen voor het waarnemen van mensen in een ruimte”, besluit Marwan.

Lees een uitgebreidere samenvatting of het volledige doctoraat

-

Titel doctoraat: Modellering van het draadloze kanaal met toepassingen in communicatie tussen voertuigen en binnenshuis

-

Contact: Marwan Yusuf, Wout Joseph, Emmeric Tanghe

Marwan is geboren in Cairo, Egypte. Hij behaalde de B.Sc. graad in Elektronica en Communicatie Engineering aan de Ain Shams Universiteit in 2010. Hij behaalde de M. Sc. graad in Electrical Engineering aan de Istanbul Medipol University (Turkije) in 2016 waar hij onderzoeksassistent was in het Communications, Signal Processing, and Networking Center (CoSiNC). Zijn wetenschappelijk werk richtte zich op fysieke laag beveiliging voor draadloze kanalen.

Sinds januari 2018 is hij Doctoraatsonderzoeker in de Vakgroep Informatietechnologie aan de Universiteit Gent (INTEC) waar hij werkt aan meetgebaseerde modellering van draadloze propagatie binnen en buiten met de nadruk op vehiculaire communicatiekanalen, mmgolven en menselijke sensing.

Hij is auteur/coauteur van meer dan 10 conferentie papers en 10 journal papers in de top tier.

-

Redacteur: Jeroen Ongenae - Illustrator: Roger Van Hecke