无线接入互联网的普遍性和灵活性在过去几年中在智能手机，平板电脑和笔记本电脑等移动设备的巨大增长中发挥了非常重要的作用。他们与日常生活紧密结合，对社会产生了重大影响。因此，无线传输越来越大的互联网流量。如何应对这种增长是未来无线网络面临的最重要挑战之一。

与仅通过安装额外光纤线路可以增加网络容量的有线网络相比，增加无线系统的吞吐量要困难得多。无线链路现在接近其理论物理极限，并且不太可能进一步提高效率。因此，实质上增加容量的最有希望的选择是增加通信带宽，因为可以实现的数据速率与带宽成正比。虽然一些努力的目标是重新分配目前用于数据通信以外目的的低频无线电频谱，但是只有无线频谱的极高频率部分才能提供足够的带宽来维持移动数据业务的指数增长。同时，有效的空间重用非常重要，据估计，在过去的50年里，它的无线容量增加了1600倍。过去，这主要是通过减小移动网络的小区大小，即由单个移动基站服务的区域来实现的。移动网络还越来越多地使用不同小区大小(重叠)宏小区，微小区和毫微微小区的基站，以提高网络效率和空间重用。

例如，在标准IEEE 802.11(其为使用Wi-Fi的产品提供基础)的演进中，对更高频率的驱动是显而易见的。到目前为止，广泛使用的IEEE 802.11标准(即IEEE 802.11b / g / n)使用未经许可的2.4GHz和5GHz频带。然而，即将推出的IEEE 802.11ac标准仅适用于5GHz频段，因为2.4GHz的可用带宽不足以实现预期的数据速率。虽然这两个频带都具有理想的无线电传播特性，但它们根本无法提供足够的带宽来满足未来的容量需求，即使考虑到调节器可能在不久的将来为Wi-Fi使用提供额外的频谱。最新的IEEE 802。11ad标准向前迈进了一大步，将未经许可的频谱从57到64GHz(称为60GHz频段)作为目标。与用于802.11的较低频段相比，它具有7GHz的带宽，并且承诺的数据速率接近7GBit / s。CMOS *(一种广泛使用的用于构建集成电路的技术)的设计的最新进展允许构建廉价的60GHz无线电硬件，因此在未来几年将60GHz设备引入市场存在显着的商业兴趣。

尽管具有这些期望的特性，但这部分频谱遭受高衰减和信号吸收，主要限制通信相对较短的视线连接。(视距是高频无线电的传播特性，其中发射天线和接收天线之间的任何障碍物通常会阻挡信号)。因此，建议的IEEE 802.11ad使用案例通常涉及高增益定向天线以补偿这种损失。这种定向天线特别适用于静态点对点场景，例如电缆替换，在蓝光播放器和电视屏幕之间提供高清视频流，或者用于移动设备的数据同步的高速文件传输。通过快速会话转移功能明确考虑回退到其他技术(例如，在视线路径变得不可用的情况下)。它支持从IEEE 802.11ad到传统IEEE 802.11在较低频率下运行的无缝会话转移，并支持IEEE 802.11ad提供小型高速通信孤岛的部署，而通过较低频率技术提供一般覆盖。

为了应对未来无线数据的指数增长，需要更高的带宽(以及更高的载波频率)和有效的空间复用需要对无线网络进行彻底的重新思考。进一步减少小区规模和过去用于提高容量的类似措施远远不足以提供必要的收益。类似于有线以太网从共享介质到完全交换网络的演进，我们认为无线网络必须从使用无线信道作为共享介质发展到为无线设备提供专用的高度优化信道。

因此，未来无线网络的可扩展性的关键要素是为接入点(AP)和终端设备之间的通信提供大量高度定向的单独信道。这有两个主要的好处。首先，高度定向天线提供在经历高度衰减的非常高频域中进行有效高速通信所需的天线增益。在这样的频率下，通信主要需要视距通道。其次，由于方向性，这样的系统对其他终端设备施加非常低的干扰或没有干扰，因此允许比当前技术高几个数量级的空间重用。所有这些考虑因素更适用于在300GHz以上甚至更高频率下工作的未来太赫兹通信系统。

这种方法的主要挑战是动态无线电环境。与移动终端设备和人体运动相结合，甚至室内环境也非常动态，并且通道可以在非常短的时间间隔内出现和消失。同时，由于这些信道经历非常小的干扰，因此现在可以使用否则将用于处理干扰的资源(时间，频率，信号处理等)来进一步增加发送器和接收器之间可实现的数据速率。为了提供足够多的视距信道，接入点可能必须普遍部署并且可能远远超过移动设备。

IMDEA网络在该领域领导的研究重点是无线网络架构的设计，该架构在多个接入点(AP)和终端设备之间维护着许多定向视距信道。数据通过所有这些通道同时传输。终端设备使用多个天线来接收和解码几个这样的数据流，并且接收的流的数量越多，在接收器处实现的数据速率越高。考虑到未来无线网络必须支持的大量终端设备，设计的主要复杂性在于AP的选择以及其天线的波束形成方向。作为备份，当不能建立定向信道并及时传输控制信息时，

面向大众的频谱：毫米波段的网络

与最先进的无线系统相比，我们期望这样的架构

可扩展到非常高的带宽，并允许前所未有的空间重用水平，同时保持非常低的干扰水平

通过集成无线网络控制器和编码器/解码器模块的智能和处理，扩展到比当前部署更多的AP，从而保持AP成本和复杂性低

尽管由于有效的AP睡眠机制，与当前系统相比，AP的数量大幅增加可以在相似或更低的功耗水平下运行

我们相信这个项目将具有实质性的科学影响，作为未来一代无线网络设计的有希望的前进方向。它解决了无线通信中的重大挑战：带宽，干扰，空间重用和处理复杂性，以提供更具可扩展性，高能效和经济高效的无线网络设计。该研究是作为SEARCHLIGHT项目的一部分进行的，该项目是由欧洲研究理事会(ERC)授予的170万欧元的ERC合并方拨款。ERC拨款是欧洲研究人员最着名的个人拨款，也是科学研究卓越的主要指标。该项目的持续时间为5年，从2014年4月到2019年3月。