5G-verkoissa operaattorit pyrkivät palvelemaan tilaajiaan tunnistamalla käyttäjänsä ja suuntaamalla signaalin suoraan käyttäjän päätelaitteeseen. Tätä tekniikka kutsutaan säteenmuodostukseksi. Michiganin yliopistossa on kehitetty ensimmäinen yhden sirun ratkaisu, joka mahdollistaa digitaalisen säteenmuodostuksen millimetrialueen taajuuksilla.
Beamforming ei ole mitään uutta. Tähän asti kyse on kuitenkin ollut analogisesta tekniikasta. Siinä yksi RF-signaalilähde jaetaan käyttäjien kesken eri tavoin suuntaavien antennielementtien avulla. Antennien suuntaaminen tapahtuu mekaanisesti.
Digitaalinen säteenmuodostus on merkittävästi suorituskykyisempi ratkaisu. Siinä jokaisella antennilla voi olla oma dedikoitu RF-signaali. Säteen vaiheita ja amplitudia hallitaan digitaalisesti kantataajuusprosessoinnilla. Digitaalinen säteenmuodostus tuo parhaan mahdollisen linkin hallinnan, mutta sen ongelmana on ollut iso tehonkulutus.
Michiganin yliopiston tutkijoiden mukaan uusi tekniikka avaa monenlaisia mahdollisuuksia korkeataajuisessa 5G-viestinnässä. Teknologiaa voitaisiin käyttää parantamaan ajoneuvojen välistä viestintää, robottiajoneuvoja ja satelliitti-internetiä.
Normaalisti antenni säteilee signaaliaan kaikkiin eri suuntiin. Tämä ei ole kovin tehokasta ja on lisäksi altis monenlaisille häiriöille. Säteenmuodostuksen avulla signaali voidaan lähettää tarkasti haluttuun suuntaan. Millimetriaalloilla tämä on erittäin tärkeää, koska se tapahtuu suhteellisen suurella taajuudella (tyypillisesti välillä 24-100 GHz).
Digitaalista säteenmuodostusta yliopistossa on kehitetty professori Michael Flynnin johdolla. Hänen mukaan digitaalisen säteenmuodostusta voitaisiin käyttää esimerkiksi katastrofialueille lähetetyissä droneissa hätäinternetin tarjoamiseksi vaikeuksissa oleville ihmisille. Samoin suunnitellaan satelliittien laukaisemista avaruudessa Internetin tarjoamiseksi kaupunkien ulkopuolella asuville ihmisille.
Flynn ja hänen ryhmänsä rakensivat 28 GHz:n taajuudella toimivan säteenmuodostajan, jossa oli räätälöity 16 antennista koostuva antenniryhmä yhdellä integroidulla piirillä. Kyse on tiettävästi ensimmäisestä yhden sirun keilanmuodistuspiiristä millimetriaalloilla. Yksisiruisena ratkaisun koko ja tehonkulutus ovat kertaluokkaa parempia kuin nykyiset digitaaliset järjestelmät.
Digitaalisen ohjauksen ansiosta signaali voidaan suunnata mihin tahansa suuntaan. Lisäksi se voi kuunnella tai vastaanottaa signaalia neljästä eri suunnasta samanaikaisesti. Tämä tarkoittaa, että laite voisi esimerkiksi seurata neljää lentokonetta tai olla yhteydessä neljään satelliittiin samanaikaisesti.
FLynnin ja jatko-opiskelijoidensa kehittämä ratkaisu esiteltiin IEEE:n radiotaajuisten integroitujen piirien symposiumissa.
