Uma nova onda na comunicação sem fio: a zona dinâmica de rádio nacional

Jun 13, 2023

O ISI lidera uma iniciativa em parceria com a National Science Foundation (NSF), o Idaho National Laboratory (INL) e a University of Utah (UoU) para expandir o acesso ao espectro em todo o país

Crédito da foto: EleonImages

À medida que o mundo experimenta ondas sem precedentes de inovação tecnológica, as necessidades de comunicação se multiplicam. Entre nossos smartphones, tablets, computadores e até smartwatches, está ficando mais difícil para os serviços de comunicação sem fio atender à demanda cada vez maior.

Cada novo desenvolvimento requer mais de um recurso limitado que torna possível a comunicação por vias aéreas, conhecido como espectro eletromagnético. Quanto mais inovamos, mais acesso ao espectro ou largura de banda precisamos.

Os cientistas vislumbram um futuro em que nos comunicaremos por meio de realidade virtual ou avatares, o que, você adivinhou, exigiria ainda mais largura de banda para funcionar.

Aqui está o kicker - esses serviços de comunicação sem fio também estão competindo com atividades científicas, como radioastronomia e pesquisa climática, pelo acesso ao espectro. No momento, simplesmente não há o suficiente para todos.

A disponibilidade limitada de espectro está literalmente impedindo os avanços na ciência e o desenvolvimento de comunicações mais rápidas para a sociedade como um todo.

Precisamos de uma solução, e precisamos dela rapidamente.

Alefiya Hussain, do USC Viterbi Information Sciences Institute (ISI), Arupjyoti Bhuyan, do Idaho National Laboratory (INL), e Robert Ricci, da Universidade de Utah (UoU), estão colaborando em uma proposta conhecida como Advanced Spectrum Initiative for Research and Experimentation (ASPIRAR).

A ASPIRE busca criar essa disponibilidade de largura de banda por meio de um projeto patrocinado pela National Science Foundation (NSF) conhecido como Spectrum Innovation Initiative: National Radio Dynamic Zones (SII-NRDZ). O objetivo do SII-NRDZ é abordar essas questões por meio do compartilhamento dinâmico de espectro.

O programa SII-NRDZ apóia propostas de projetos promissores de pesquisadores de compartilhamento de espectro com financiamento. O ASPIRE recebeu um prêmio de Líder de Engenharia e Execução da NSF e, posteriormente, foi lançado há apenas alguns meses, em janeiro.

O projeto está centrado em zonas radiodinâmicas: áreas delimitadas geograficamente que são capazes de regular e controlar autonomamente a energia eletromagnética que entra ou sai dos parâmetros.

Alefiya Hussain, pesquisador principal do ISI, disse que o plano é usar zonas dinâmicas de rádio designadas como locais de teste para experimentar o compartilhamento dinâmico do espectro por meio de testes de campo e procurar maneiras pelas quais "múltiplas entidades possam coexistir harmoniosamente". Em outras palavras, a equipe está encontrando novas maneiras de atender às necessidades de grupos comerciais e científicos ao mesmo tempo.

“A zona dinâmica de rádio está criando essencialmente esses espaços de experimentação para testbeds que nos permitem investigar o que é uma boa combinação de multiplexação de frequência ou multiplexação baseada em tempo dentro do espaço do espectro para poder usá-la efetivamente”, disse ela.

Os Estados Unidos têm abordado a gestão do acesso ao espectro através da criação de um gráfico de atribuição que segmenta, em códigos de cores, quais as frequências pertencentes a cada serviço. Funcionou por décadas, mas agora que estamos usando todo o espectro, suavizar as ineficiências no gráfico é fundamental para abrir mais acesso.

Por exemplo, com o gráfico, um serviço individual só pode operar em seu local denotado, o que Hussain disse que pode ser um desperdício porque o acesso ao espectro disponível geralmente não é utilizado.

"Tradicionalmente, esse espectro era dado a uma entidade, e só eles o usavam. Muitas vezes não o usavam, mas como ninguém mais tinha permissão para usá-lo, ele se desperdiça com esse tipo de mecanismo de alocação fixa", disse. ela explicou.

O objetivo, disse ela, é ter uma "alocação mais dinâmica e flexível" para que um dia o gráfico possa ser substituído por uma zona dinâmica de rádio autorregulada que aloque o acesso ao espectro com mais eficiência e o redistribua para atender às necessidades imediatas.