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BESONDERHEIT
Fortschritte beim KI-Lernen für Tests in der drahtlosen Kommunikation
November 2, 2023
Als die Entwicklung von 6G begann, wurde künstliche Intelligenz (KI) als eine der Schlüsseltechnologien für die nächste Generation der drahtlosen Kommunikation identifiziert. Denn KI hatte das Potenzial, einige der komplexesten technischen Herausforderungen der Branche zu bewältigen. Doch wie bei vielen neuen Technologien erfordert die erfolgreiche Implementierung von KI in der Mobilkommunikation eine enge Zusammenarbeit zwischen Regierung, Industrie, Wirtschaft und Wissenschaft.
Um Unternehmen zu unterstützen, die KI zur Verbesserung ihrer Geschäftsprozesse einsetzen möchten, hat der Bundesstaat Massachusetts das innovative Pilotprogramm AI Jumpstart ins Leben gerufen. Dieses neuartige Programm finanziert neue Recheninfrastruktur an der Northeastern University (NU) in Boston, um Industriepartner mit erstklassigen Einrichtungen und Universitätsforschern aus verschiedenen KI-Disziplinen zu vernetzen. Keysight ist als Industriepartner seit der Bekanntgabe der Finanzierung an dem Projekt beteiligt.
Das Programm „AI Jumpstart“ ist eine Partnerschaft zwischen der staatlichen Wirtschaftsförderungsagentur Massachusetts Technology Collaborative und der Northeastern University und basiert auf einer 15-jährigen Zusammenarbeit, die in universitäre Forschungs- und Entwicklungsprojekte investiert hat, welche erfolgreich Wirtschaft und Industrie eingebunden haben. Durch dieses Programm hat Keysight eine wertvolle öffentlich-private Partnerschaft zur gemeinsamen KI-Forschung mit der Northeastern University geschaffen.
„Das AI Jumpstart-Programm ist ein überzeugendes Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Wissenschaft und dem Mass Tech/John Adams Innovation Institute“, sagte Michael B. Silevitch, Hauptforscher des AI Jumpstart-Programms an der Northeastern University. „Unsere Zusammenarbeit mit Keysight bot eine Plattform, die die immense Erfolgsaussicht dieses Ansatzes eindrucksvoll unter Beweis stellte.“
Fortschritte im KI-Lernen
Mit Blick auf die Einführung von 5G+ und 6G arbeiteten Keysight und Northeastern zusammen, um eine technische Herausforderung zu identifizieren, bei deren Lösung KI helfen könnte: Wie müssen sich drahtlose Kommunikationssysteme anpassen, um mit Radarsignalen koexistieren zu können?
„Keysight hat gemeinsam mit Forschern und Studierenden der Northeastern University den Umfang, die Szenarien und die Datensätze definiert, die zur Optimierung von Testverfahren für den Einsatz drahtloser Netzwerke beitragen sollen“, sagte Josep M. Jornet, stellvertretender Direktor des NU Institute for the Wireless Internet of Things (WIoT). „Das Projekt nutzte KI-Lernen anhand eines 5G-Datensatzes, der im RF Colosseum der Northeastern University generiert wurde, und eines repräsentativen Radars, das mithilfe der PathWave-Software von Keysight definiert wurde.“
Nachdem die Szenarien entworfen waren, wurde das von Keysight erzeugte Radarsignal mit hoher Priorität in das Echtzeit-LTE-Kommerzspektrumszenario des RF Colosseum in Rom, Italien, eingeführt.
Das Ergebnis war ein I/Q-Datensatz, der anschließend für das KI-Training verwendet wurde. Der KI-Algorithmus verarbeitete diese I/Q-Messwerte und analysierte Durchsatz, Stromverbrauch und Ressourcenzuweisungen innerhalb des 5G-Netzes. Eine Auswahl der Datenbeispiele ist unten dargestellt:
Tommaso Melodia, Direktor des NU Institute for the WIoT, erklärt die Bedeutung dieser Forschung: „Keysight und NU verfolgen gemeinsame Ziele in Lehre und Prüfung von Hochfrequenz-/Mikrowellentechnologien für die drahtlose Forschung und industrielle Anwendungen. Die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum wird eine Schlüsseltechnologie für 5G und darüber hinaus sein. Mithilfe von KI-gestütztem Lernen auf Basis von I/Q-Datenproben wurde die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum durch optimale Ressourcenzuweisung ermöglicht, um den Durchsatz zu maximieren und den Stromverbrauch zu minimieren.“
Hochprioritäre Radarsignale, die mit Keysight PathWave erzeugt wurden, wurden in die Spektrumsimulation des NU RF Colosseums für KI-Lernprozesse eingeführt.
KI-gestütztes Lernen in der Industrie
Durch die KI-gestützte Jumpstart-Analyse hat Keysight ein besseres Verständnis für die Testanforderungen von Entwicklern im Bereich drahtloser Technologien und Verteidigung gewonnen, da der Spektrumbetrieb zunehmend auf größere Bandbreiten, höhere Frequenzen und komplexere Umgebungen setzt. Dieses Verständnis wird Investitionen in die Aktualisierung der Hardware- und Software-Designs der Testlösungen von Keysight sowie die Integration von KI/ML in zukünftige Testanwendungen vorantreiben.
„Die von der KI erlernten Muster werden Keysight bei der Entwicklung verbesserter Breitband-Echtzeit-Analyse- und Closed-Loop-Testanwendungen unterstützen“, sagte Roger Nichols, 6G-Programmmanager bei Keysight Technologies. „Keysight wird diese in neue Spektralmanagement-Testlösungen integrieren können, um Entwicklern zu helfen, Signale und relevante Wellenformmerkmale schneller und genauer zu identifizieren, zu klassifizieren und zu priorisieren.“
Darüber hinaus sagte Nichols, dass die frühzeitige Anwendung dieser Fortschritte bei KI-Tests es kommerziellen und militärischen Entwicklern ermöglichen wird, neue Hardware, Software/Firmware und Signalverarbeitungsalgorithmen frühzeitig zu validieren, sodass ihre Leistung in komplexen und sich entwickelnden spektralen Sharing- und Koexistenzumgebungen demonstriert und bewiesen werden kann.
Ermöglichung des Lernens der Schüler
Während der Schwerpunkt des AI Jumpstart-Projekts auf der Unterstützung von Unternehmen bei der Implementierung von KI liegt, war das Projekt auch wertvoll für die Definition der Schulungen, die Studenten und Ingenieure aus der Industrie für diese neue Technologie benötigen.
„Wir haben dieses Programm im Auftrag von Massachusetts ins Leben gerufen, um die Einführung und Integration von KI in Unternehmen unseres Bundesstaates zu fördern, indem wir sie mit führenden Forschern der Northeastern University zusammenbringen“, sagte Pat Larkin, Direktor des Innovation Institute bei MassTech . „Wir freuen uns über die Fortschritte des Keysight-Projekts, da es die direkten Auswirkungen dieser Forschung auf die Produkte des Unternehmens zeigt. Ebenso wichtig ist aber die enge Zusammenarbeit mit einem Talentförderungszentrum wie der Northeastern University, wo Studierende durch die Arbeit an Projekten wie diesem praxisnahe Expertise sammeln.“
„Die Beteiligung von Industriepartnern wie Keysight an Tests, Lehre und Forschung im Bereich der mmWave- und 6G-Funktechnologie ist von unschätzbarem Wert, da diese die Standards und die Leistung drahtloser Netzwerke optimieren und definieren“, sagte Carey Rappaport, Leiterin des AI Jumpstart-Programms der Northeastern University. „ Keysights fundiertes Wissen in der HF- und Mikrowellenmesstechnik, kombiniert mit den THz-Experten und Testumgebungen der NU, inspiriert Studierende zu relevanten Kursen und Karrieren und unterstützt Ingenieure der Industrie in Massachusetts mit Lehr- und Testmethoden.“
Für Nichols ist dies einfach die Art und Weise, wie Keysight gerne Partnerschaften eingeht, um neue Technologien zu entwickeln.
„Wir freuen uns, die Fachkräfte im Bereich Hochfrequenz/Mikrowelle durch ein tieferes Verständnis der Auswirkungen von Software-, Firmware- und Algorithmenentwicklung auf die Leistungsfähigkeit von Kommunikationsverbindungen zu fördern“, sagte er. „Durch dieses fortlaufende, gemeinschaftliche Forschungsprojekt erforschen wir die Anwendung und den Einsatz dieser Technologien und vermitteln der nächsten Generation von Ingenieuren die technischen Fähigkeiten, die sie für den nächsten Entwicklungsschritt benötigen.“