Collaborative Research: CNS Core: Medium: Programmable Computational Antennas for Sensing and Communications

合作研究:中枢神经系统核心:中:用于传感和通信的可编程计算天线

基本信息

  • 批准号:
    2343964
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-10-01 至 2025-09-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The performance of wireless communications and sensing is fundamentally determined by the available degrees of freedom in space, frequency, and time. However, as the wireless systems are moving into mmWave 5G and beyond-5G with larger bandwidths (e.g., tens of GHz) combined with larger antenna arrays (e.g., 64 or more antennas at base stations), the number of degrees of freedom becomes so large that it is no longer feasible to access them in a practical manner. In other words, it is challenging to achieve sufficient computational degrees of control in practice to access the available degrees of freedom in higher spectra. This project seeks to address this challenge by developing computational antennas (CompTenna) that can perform programmable analog computations at the antenna in the mmWave and sub-THz bands. CompTenna is best viewed as a new computational unit – when combined with analog/digital computations, CompTenna will significantly expand the degrees of control to enable novel wireless communications and sensing applications on next-generation mobile devices. Through its coherent educational plan, this project will also train the next-generation workforce in the semiconductor and wireless industry by engaging graduate, undergraduate, and high-school students, especially the underrepresented minorities. This project will investigate the foundations of computational antennas (CompTenna) and novel methods to increase network capacity and enable new wireless sensing. It includes three research tasks. (1) CompTenna Foundations: develop CompTenna hardware, its computational model, and simulator. The goal is to synthesize a first-pass physical CompTenna design in a time-efficient manner, based on targeted high-level application needs. (2) Speeding Up the Network Using CompTenna: develop techniques to leverage all the degrees of freedom enabled by the CompTenna in an energy-efficient manner. In particular, this project focuses on how to use CompTenna to create optimal beamforming for single-user and multi-user communications and distributed interference management. (3) Doing More with CompTenna: develop foundations and methods for a layered joint sensing and communications architecture.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
无线通信和传感的性能从根本上取决于空间,频率和时间的自由度。但是,随着无线系统进入MMWave 5G和5G超过5G,具有较大的带宽(例如,GHz的数十个)和较大的天线阵列(例如,基本站的64个或更多天线)相结合,自由度的数量变得如此之大,以至于无法以一种实用的方式访问它们。换句话说,在实践中获得足够的计算控制程度以访问较高光谱中可用的自由度,这是挑战。该项目旨在通过开发计算天线(ComptenNA)来应对这一挑战,该计算天线(ComptenNA)可以在MMWave和Sub-Thz频段中的天线进行可编程的模拟计算。最好将ComptenNA视为一个新的计算单元 - 与模拟/数字计算结合使用,ComptenNA将显着扩大控制程度,以实现新颖的无线通信和下一代移动设备上的灵敏度应用。通过其连贯的教育计划,该项目还将通过参与毕业生,本科生和高中生,尤其是代表性不足的少数群体,培训半导体和无线行业的下一代劳动力。该项目将研究计算天线(ComptenNA)的基础和新的方法,以提高网络容量并实现新的无线感官。它包括三个研究任务。 (1)ComptenNA基金会:开发ComptenNA硬件,其计算模型和模拟器。目的是根据目标的高级应用需求,以时间效率的方式综合首次物理comptenna设计。 (2)使用ComptenNA加速网络:开发技术以节能方式利用Comptenna实现的所有自由度。特别是,该项目的重点是如何使用Comptenna为单用户和多用户通信以及分布式干扰管理创建最佳的光束成型。 (3)对ComptenNA进行更多操作:用于分层关节灵敏度和通信体系结构的开发基础和方法。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准来评估被认为是宝贵的支持。

项目成果

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