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Avanços no aprendizado de IA para testes de comunicações sem fio
November 2, 2023
Quando os trabalhos de desenvolvimento da 6G tiveram início, a inteligência artificial (IA) foi identificada como uma das tecnologias essenciais necessárias para viabilizar a próxima geração de comunicações sem fio. Isso porque a IA tinha o potencial de resolver alguns dos desafios técnicos mais complexos enfrentados pelo setor. Mas, assim como muitas novas tecnologias, fazer com que a IA funcione para as comunicações móveis requer uma estreita colaboração entre o governo, o setor, as empresas e a academia.
Para apoiar as empresas interessadas em adotar a IA para aprimorar seus negócios, o Estado de Massachusetts lançou um programa piloto inovador chamado AI Jumpstart.Esse programa pioneiro financia uma nova infraestrutura de computação na Northeastern University (NU), em Boston, com o objetivo de conectar parceiros do setor a instalações de nível internacional e a pesquisadores universitários de diversas disciplinas relacionadas à IA. Como parceira do setor, a Keysight está envolvida no projeto desde que o financiamento foi anunciado.
Como uma parceria entre a agência estadual de desenvolvimento econômico Massachusetts Technology Collaborative e a Northeastern, o AI Jumpstart se baseia em uma relação de 15 anos que tem investido em projetos de pesquisa e desenvolvimento universitários que envolveram com sucesso o setor empresarial e a indústria. Por meio desse programa, a Keysight criou uma valiosa parceria público-privada para colaborar com a Northeastern em pesquisas sobre IA.
“O programa AI Jumpstart é um modelo poderoso de colaboração entre a indústria, a academia e o Mass Tech/John Adams Innovation Institute”, afirmou Michael B. Silevitch, pesquisador-chefe do AI Jumpstart na Northeastern University. “Nossa colaboração com a Keysight proporcionou uma plataforma que demonstrou a imensa viabilidade dessa abordagem.”
Avanços no aprendizado da IA
Com o objetivo de viabilizar as tecnologias 5G+ e 6G, a Keysight e a Northeastern trabalharam juntas para identificar um desafio técnico que a IA poderia ajudar a resolver: como os sistemas de comunicação sem fio precisam se ajustar para coexistir com sinais de radar?
"A Keysight colaborou com pesquisadores e estudantes da Northeastern para definir o escopo, os cenários e os conjuntos de dados que ajudarão a otimizar as técnicas de teste para implantações de redes sem fio", afirmou Josep M. Jornet, diretor associado do Instituto de Internet das Coisas Sem Fio (WIoT) da NU. “O projeto utilizou o aprendizado de IA a partir de um conjunto de dados 5G gerado no RF Colosseum da Northeastern University e de um radar representativo definido por meio do software PathWave da Keysight.”
Após a elaboração dos cenários, o sinal de radar de alta prioridade criado pela Keysight foi introduzido no cenário em tempo real do espectro comercial LTE do RF Colosseum, em Roma, Itália.
O resultado disso foi um conjunto de dados I/Q que foi então utilizado para o treinamento da IA. O algoritmo de IA processou essas amostras I/Q, analisando a taxa de transferência, a potência e as alocações de recursos dentro da rede 5G. Uma amostra dos dados é mostrada a seguir:
Tommaso Melodia, diretor do Instituto NU para o WIoT, explica por que essa pesquisa é importante: “A Keysight e a NU compartilham objetivos comuns de ensino e testes em radiofrequência e micro-ondas para pesquisas em tecnologia sem fio e aplicações industriais. O compartilhamento de espectro será uma tecnologia fundamental para o 5G e as gerações seguintes, e foi realizado um aprendizado de IA em amostras de dados I/Q para possibilitar o compartilhamento de espectro por meio da alocação otimizada de recursos, a fim de maximizar a taxa de transferência e minimizar o consumo de energia.”
Sinais de radar de alta prioridade gerados pelo Keysight PathWave foram introduzidos na simulação de espectro do NU RF Colosseums para o aprendizado de IA.
Levando o aprendizado em IA para a indústria
Por meio da análise do AI-Jumpstart, a Keysight obteve uma melhor compreensão das necessidades de teste dos desenvolvedores das áreas de tecnologia sem fio e defesa, à medida que as operações de espectro avançam em direção a larguras de banda mais amplas, frequências mais altas e ambientes mais complexos. Essa compreensão impulsionará o investimento em atualizações nos projetos de hardware e software das soluções de teste da Keysight, bem como na incorporação de IA/ML em futuras aplicações de teste.
“Os padrões aprendidos pela IA ajudarão a Keysight a desenvolver aplicações aprimoradas de captura e análise em tempo real de banda larga e de testes em malha fechada”, afirmou Roger Nichols, gerente do Programa 6G da Keysight Technologies. “A Keysight poderá incorporar esses recursos em novas soluções de testes de gerenciamento espectral para ajudar os projetistas a identificar, classificar e priorizar com mais rapidez e precisão os sinais e as características das formas de onda de interesse.”
Além disso, Nichols afirmou que a adoção antecipada desses avanços em testes de IA permitirá que desenvolvedores dos setores comercial e de defesa validem antecipadamente novos hardwares, softwares/firmwares e algoritmos de processamento de sinais, para que seu desempenho possa ser demonstrado e comprovado em ambientes complexos e em constante evolução de compartilhamento espectral e coexistência.
Promovendo a aprendizagem dos alunos
Embora o foco principal do projeto AI Jumpstart seja auxiliar as empresas na implantação da IA, o projeto também tem sido valioso na definição da capacitação necessária para estudantes e engenheiros do setor em relação a essa nova tecnologia.
“Lançamos este programa em nome de Massachusetts para impulsionar a adoção e a integração da IA pelas empresas do nosso estado, aproximando-as dos principais pesquisadores da Northeastern”, disse Pat Larkin, diretor do Instituto de Inovação da MassTech. “Estamos entusiasmados com o progresso do projeto da Keysight, pois ele demonstra o impacto direto dessa pesquisa nos produtos da empresa, mas, igualmente importante, o forte relacionamento que foi construído com um centro de desenvolvimento de talentos como a Northeastern, onde os alunos adquirem experiência prática trabalhando em projetos como este.”
“É extremamente valioso contar com parceiros do setor, como a Keysight, envolvidos nos testes, no ensino e na pesquisa de tecnologias sem fio de ondas milimétricas (mmWave) e 6G, que estão avançando para otimizar e definir os padrões e o desempenho das redes sem fio”, afirmou Carey Rappaport, diretor do programa AI Jumpstart da Northeastern University. “O conhecimento científico essencial da Keysight em medições de RF e micro-ondas, combinado com os especialistas em THz e os ambientes de teste da NU, inspira os alunos a seguirem cursos e carreiras relevantes e apoia os engenheiros do setor de MA com técnicas de ensino e de teste.”
Para Nichols, essa é simplesmente a forma como a Keysight gosta de estabelecer parcerias para criar novas tecnologias.
"Estamos entusiasmados em ajudar a força de trabalho da área de radiofrequência e micro-ondas a crescer por meio de uma compreensão mais profunda dos impactos dos projetos de software, firmware e algoritmos no desempenho dos canais de comunicação", afirmou ele. "Por meio desse projeto de pesquisa colaborativo e contínuo, estamos descobrindo como usar e implementar essas tecnologias, ao mesmo tempo em que proporcionamos à próxima geração de engenheiros as habilidades técnicas necessárias para dar o próximo salto."