Omer Tanovi, een doctoraat kandidaat bij de faculteit Elektrotechniek en Informatica, kwam bij het Laboratorium voor Informatie- en Beslissystemen (LIDS) omdat hij het leuk vindt om theorie te bestuderen en onderzoeksvragen om te zetten in oplosbare wiskundige problemen. Maar Omer zegt dat zijn technische achtergrond - voordat hij naar het MIT kwam, behaalde hij een bachelor- en masterdiploma in elektrotechniek en computerwetenschappen aan de Universiteit van Sarajevo in Bosnië-Herzegovina - hem geleerd heeft de beoogde toepassingen van zijn werk nooit uit het oog te verliezen. of de praktische parameters voor implementatie.

"Ik hou ervan om na te denken over dingen op abstract wiskundeniveau, maar het is ook belangrijk voor mij dat het werk dat we doen zal helpen om echte problemen op te lossen, " zegt Omer. "In plaats van circuits te bouwen, Ik ben algoritmen aan het maken die zullen helpen om betere circuits te maken."

Een probleem uit de echte wereld dat Omer's aandacht trok tijdens zijn Ph.D. is energie-efficiëntie bij draadloze operaties. Het succes van draadloze communicatie heeft geleid tot een enorme uitbreiding van de infrastructuur in de Verenigde Staten en de rest van de wereld. Dit omvatte veel nieuwe zendmasten en basisstations. Naarmate deze netwerken en de hoeveelheid informatie die ze verwerken groeien, ze verbruiken een steeds grotere hoeveelheid stroom, waarvan een deel gaat om het systeem van stroom te voorzien zoals het hoort, maar veel daarvan gaat verloren als warmte als gevolg van energie-inefficiëntie. Dit is een probleem voor zowel bedrijven als mobiele netwerkoperators, die hoge energierekeningen moeten betalen om hun operationele kosten te dekken, en voor de samenleving als geheel, naarmate de uitstoot van broeikasgassen in de sector stijgt.

Deze zorgen zijn de drijfveren van Omer in zijn onderzoek. De meeste projecten waaraan hij bij MIT heeft gewerkt, zijn gericht op het ontwerpen van signaalverwerkingssystemen, geoptimaliseerd voor verschillende maatregelen, dat zal de energie-efficiëntie verhogen en ervoor zorgen dat het uitgangssignaal (wat u hoort wanneer u met iemand aan de telefoon praat, bijvoorbeeld) trouw is aan de oorspronkelijke invoer (wat werd gezegd door de persoon aan de andere kant van het gesprek).

Zijn nieuwste project probeert het energie-efficiëntieprobleem aan te pakken door de piek-tot-gemiddelde vermogensverhouding (PAPR) van draadloze communicatiesignalen te verlagen. In de ruimste zin, PAPR is een indirecte indicator van hoeveel stroom er nodig is om een ​​duidelijk signaal via een netwerk te verzenden en te ontvangen. Hoe lager deze verhouding is, hoe energiezuiniger de transmissie. Namelijk, een groot deel van het stroomverbruik in mobiele netwerken is bestemd voor eindversterkers, die elektronische input met laag vermogen verzamelen en omzetten in een output met hoger vermogen, zoals het oppikken van een zwak radiosignaal dat in een mobiele telefoon wordt gegenereerd en het versterken zodat, wanneer het wordt uitgezonden door een antenne, is het sterk genoeg om een ​​zendmast te bereiken. Dit zorgt ervoor dat het signaal robuust genoeg is om een ​​adequate signaal-ruisverhouding over de communicatieverbinding te behouden. Eindversterkers zijn het meest efficiënt wanneer ze in de buurt van hun verzadigingsniveau werken, bij maximaal uitgangsvermogen. Echter, omdat de technologie voor mobiele netwerken is geëvolueerd op een manier die een enorm volume en een verscheidenheid aan informatie over het netwerk kan verwerken - wat resulteert in veel minder uniforme signalen dan in het verleden - vereisen moderne communicatiestandaarden signalen met grote piek-tot-gemiddelde vermogensverhoudingen. Dit betekent dat een radiofrequentiezender zo moet worden ontworpen dat de onderliggende vermogensversterker pieken aankan die veel hoger zijn dan het gemiddelde uitgezonden vermogen, en daarom, meestal, de eindversterker werkt inefficiënt - ver van zijn verzadigingsniveau.

"Elke zendmast moet een soort PAPR-reductiealgoritme hebben om te kunnen werken. Maar de algoritmen die ze gebruiken zijn ontwikkeld met weinig of geen garanties voor het verbeteren van de systeemprestaties, ", zegt Omer. "Een veel voorkomende opvatting is dat optimale algoritmen, wat zeker de systeemprestaties zou verbeteren, zijn ofwel te duur om te implementeren - in termen van kracht of rekencapaciteit - of kunnen helemaal niet worden geïmplementeerd."

Omer, die wordt begeleid door LIDS Professor Alexandre Megretski, een algoritme ontworpen dat de PAPR van een modern communicatiesignaal kan verminderen, waardoor de eindversterker dichter bij zijn maximale efficiëntie zou kunnen werken, waardoor de hoeveelheid energie die tijdens het proces verloren gaat, wordt verminderd. Om dit systeem te creëren beschouwde hij het eerst als een optimalisatieprobleem, waarvan de voorwaarden betekenden dat een oplossing niet uitvoerbaar zou zijn, omdat het oneindige latentie zou vereisen, wat een oneindige vertraging betekent voordat het signaal wordt verzonden. Echter, Omer toonde aan dat het onderliggende optimale systeem, ook al is er een oneindige latentie, heeft een gewenste fading-geheugeneigenschap, en dus kon hij een benadering maken met eindige latentie - een acceptabele vertragingstijd. Van dit, hij ontwikkelde een manier om het optimale systeem het beste te benaderen. de benadering, die uitvoerbaar is, maakt afwegingen mogelijk tussen precisie en latentie, zodat real-time realisaties van het algoritme de energie-efficiëntie kunnen verbeteren zonder teveel transmissievertraging of teveel vervorming aan het signaal toe te voegen. Omer paste dit systeem toe met behulp van gestandaardiseerde testsignalen voor 4G-communicatie en ontdekte dat, gemiddeld, hij zou een reductie van ongeveer 50 procent kunnen krijgen in de piek-tot-gemiddelde vermogensverhouding terwijl hij voldoet aan de standaardkwaliteitsmetingen van digitale communicatiesignalen.

Omer's algoritme, samen met het verbeteren van de energie-efficiëntie, is ook rekenkundig efficiënt. "Dit is belangrijk om ervoor te zorgen dat het algoritme niet alleen theoretisch uitvoerbaar is, maar ook praktisch uitvoerbaar, " zegt Omer, nogmaals benadrukkend dat abstracte wiskundige oplossingen alleen waardevol zijn als ze samenhangen met real-world parameters. Microchip-vastgoed in communicatie is een beperkt goed, dus het algoritme kan niet veel ruimte in beslag nemen, en de wiskundige bewerkingen moeten snel worden uitgevoerd, aangezien latentie een kritieke factor is in draadloze communicatie. Omer is van mening dat het algoritme kan worden aangepast om andere technische problemen met vergelijkbare kaders op te lossen, inclusief het volgen van enveloppen en voorspellende controle van het model.

Terwijl hij aan dit project werkte, Omer heeft een thuis voor zichzelf gemaakt aan het MIT. Twee van zijn drie zonen zijn hier in Cambridge geboren - in feite, de jongste is geboren op de campus, in het trappenhuis van het studentenhuis van Omer en zijn vrouw. "De buren sliepen er dwars doorheen, ' Zegt Omer lachend.

Omer werd al snel een actief lid van de LIDS-gemeenschap toen hij bij MIT aankwam. Het meest opvallend is, hij maakte deel uit van het LIDS studentencongres en studentenverenigingen, waar, naast het helpen organiseren van de jaarlijkse LIDS-studentenconferentie, een kenmerkend lab-evenement nu in zijn 25e jaar, hij hielp ook bij het organiseren van maandelijkse lunches, bijeenkomsten, en spelcompetities, inclusief een semester-lange uitdaging genaamd de OLIDSpics (een eerbetoon aan de Olympische Spelen). Hij zegt dat lid zijn van de commissies een geweldige manier was om betrokken te zijn bij en bij te dragen aan de LIDS-gemeenschap, een groep waarvoor hij dankbaar is.

"Bij het MIT, en vooral bij LIDS, je kunt iets nieuws leren van iedereen die je spreekt. Ik ben op veel plaatsen geweest, en dit is de enige plek waar ik zo'n gemeenschap heb meegemaakt, ' zegt Omer.

Nu Omer's tijd bij LIDS ten einde loopt, hij is nog aan het overleggen wat hij nu moet doen. Aan de ene kant, zijn liefde voor het oplossen van problemen uit de echte wereld trekt hem naar de industrie. Hij bracht vier zomers door tijdens zijn Ph.D. stage lopen bij onder meer het Mitsubishi Electric Research Lab. Hij genoot van het snelle tempo van de industrie, zijn oplossingen relatief snel geïmplementeerd kunnen zien.

Anderzijds, Omer weet niet zeker of hij de academische wereld ooit voor lang zou kunnen verlaten; hij houdt van onderzoek en is ook echt gepassioneerd door lesgeven. Omer, die opgroeide in Bosnië-Herzegovina, begon les te geven in zijn eerste jaar van de middelbare school, op een wiskundekamp voor jongere kinderen. Sindsdien geeft hij in een of andere vorm les.

Bij het MIT, Omer heeft zowel undergraduate- als graduate-niveau cursussen gegeven, onder meer als instructeur-G, een aanstelling wordt alleen gegeven aan gevorderde studenten die blijk hebben gegeven van onderwijsdeskundigheid. Hij heeft twee onderwijsprijzen gewonnen, de MIT School of Engineering Graduate Student Extraordinary Teaching and Mentoring Award in 2018 en de MIT EECS Carlton E. Tucker Teaching Award in 2017.

De omvang van Omer's liefde voor lesgeven wordt duidelijk wanneer hij spreekt over het werken met studenten:"Dat moment waarop je een student iets uitlegt en je ziet dat ze het concept echt begrijpen, is van onschatbare waarde. Hoeveel energie je ook moet besteden om dat te maken gebeuren, het is het waard, ' zegt Omer.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.