Omer Tanovic, un doctorado candidato en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, se unió al Laboratorio de Sistemas de Información y Decisiones (LIDS) porque le encanta estudiar teoría y convertir las preguntas de investigación en problemas matemáticos solucionables. Pero Omer dice que su experiencia en ingeniería (antes de llegar al MIT, recibió una licenciatura y una maestría en ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Sarajevo en Bosnia-Herzegovina) le ha enseñado a no perder nunca de vista las aplicaciones previstas de su trabajo. o los parámetros prácticos para la implementación.

"Me encanta pensar en cosas en el nivel matemático abstracto, pero también es importante para mí que el trabajo que estamos haciendo ayude a resolver problemas del mundo real, "Dice Omer." En lugar de construir circuitos, Estoy creando algoritmos que ayudarán a hacer mejores circuitos ".

Un problema del mundo real que captó la atención de Omer durante su doctorado. es la eficiencia energética en las operaciones inalámbricas. El éxito de las comunicaciones inalámbricas ha llevado a una expansión masiva de la infraestructura en los Estados Unidos y en todo el mundo. Esto ha incluido muchas torres de telefonía móvil y estaciones base nuevas. A medida que crecen estas redes y el volumen de información que manejan, consumen una cantidad cada vez mayor de energía, algunos de los cuales sirven para alimentar el sistema como se supone que debe hacerlo, pero gran parte del cual se pierde en forma de calor debido a la ineficiencia energética. Este es un problema tanto para empresas como para operadores de redes móviles, que tienen que pagar grandes facturas de servicios públicos para cubrir sus costos operativos, y para la sociedad en general, a medida que aumentan las emisiones de gases de efecto invernadero del sector.

Estas preocupaciones son las que motivan a Omer en su investigación. La mayoría de los proyectos en los que ha trabajado en el MIT buscan diseñar sistemas de procesamiento de señales, optimizado a diferentes medidas, que aumentará la eficiencia energética al tiempo que garantiza que la señal de salida (lo que oye cuando habla con alguien por teléfono, por ejemplo) es fiel a la entrada original (lo que dijo la persona al otro lado de la llamada).

Su último proyecto busca abordar el problema de la eficiencia energética mediante la disminución de la relación de potencia pico a promedio (PAPR) de las señales de comunicación inalámbrica. En el sentido mas amplio, PAPR es un indicador indirecto de cuánta energía se requiere para enviar y recibir una señal clara a través de una red. Cuanto menor sea esta relación, cuanto más eficiente energéticamente sea la transmisión. A saber, gran parte de la energía consumida en las redes celulares se dedica a amplificadores de potencia, que recogen la entrada electrónica de baja potencia y la convierten en una salida de mayor potencia, como captar una señal de radio débil generada dentro de un teléfono celular y amplificarla para que, cuando es emitido por una antena, es lo suficientemente fuerte como para alcanzar una torre celular. Esto asegura que la señal sea lo suficientemente robusta para mantener una relación señal-ruido adecuada en el enlace de comunicación. Los amplificadores de potencia son más eficientes cuando funcionan cerca de su nivel de saturación, a la máxima potencia de salida. Sin embargo, Debido a que la tecnología de la red celular ha evolucionado de una manera que se adapta a un gran volumen y variedad de información en la red, lo que resulta en señales mucho menos uniformes que en el pasado, los estándares de comunicación modernos requieren señales con grandes relaciones de potencia de pico a promedio. Esto significa que un transmisor de radiofrecuencia debe diseñarse de manera que el amplificador de potencia subyacente pueda manejar picos mucho más altos que la potencia promedio que se transmite. y por lo tanto, la mayor parte del tiempo el amplificador de potencia funciona de manera ineficiente, lejos de su nivel de saturación.

"Cada torre celular debe tener algún tipo de algoritmo de reducción de PAPR para poder operar. Pero los algoritmos que utilizan se desarrollan con pocas o ninguna garantía de mejorar el rendimiento del sistema". "Dice Omer." Una concepción común es que los algoritmos óptimos, que sin duda mejoraría el rendimiento del sistema, son demasiado caras de implementar, en términos de potencia o capacidad computacional, o no se pueden implementar en absoluto ".

Omer, quien es supervisado por el profesor de LIDS Alexandre Megretski, diseñó un algoritmo que puede disminuir el PAPR de una señal de comunicación moderna, lo que permitiría que el amplificador de potencia funcione más cerca de su máxima eficiencia, reduciendo así la cantidad de energía perdida en el proceso. Para crear este sistema, primero lo consideró como un problema de optimización, cuyas condiciones significaban que ninguna solución sería implementable, ya que requeriría una latencia infinita, lo que significa un retraso infinito antes de transmitir la señal. Sin embargo, Omer demostró que el sistema óptimo subyacente, aunque de latencia infinita, tiene una propiedad de memoria de desvanecimiento deseable, y así pudo crear una aproximación con latencia finita, un tiempo de retraso aceptable. De esto, desarrolló una forma de aproximar mejor el sistema óptimo. La aproximación, que es implementable, permite compensaciones entre precisión y latencia, para que las realizaciones en tiempo real del algoritmo puedan mejorar la eficiencia energética sin agregar demasiado retraso de transmisión o demasiada distorsión a la señal. Omer aplicó este sistema utilizando señales de prueba estandarizadas para la comunicación 4G y descubrió que, de media, podría obtener una reducción de alrededor del 50 por ciento en la relación de potencia pico a promedio mientras satisface las medidas estándar de calidad de las señales de comunicación digital.

Algoritmo de Omer, junto con la mejora de la eficiencia energética, también es computacionalmente eficiente. "Esto es importante para garantizar que el algoritmo no solo se pueda implementar teóricamente, pero también prácticamente implementable, "Omer dice, una vez más enfatizando que las soluciones matemáticas abstractas solo son valiosas si son coherentes con los parámetros del mundo real. Los bienes raíces de microchip en las comunicaciones son un bien limitado, por lo que el algoritmo no puede ocupar mucho espacio, y sus operaciones matemáticas deben ejecutarse rápidamente, ya que la latencia es un factor crítico en las comunicaciones inalámbricas. Omer cree que el algoritmo podría adaptarse para resolver otros problemas de ingeniería con marcos similares, incluyendo seguimiento de envolvente y control predictivo de modelos.

Mientras ha estado trabajando en este proyecto, Omer se ha hecho un hogar en el MIT. Dos de sus tres hijos nacieron aquí en Cambridge; de ​​hecho, el más joven nació en el campus, en la escalera del edificio de viviendas para graduados de Omer y su esposa. "Los vecinos durmieron todo el rato, "Omer dice riendo.

Omer se convirtió rápidamente en un miembro activo de la comunidad LIDS cuando llegó al MIT. Más destacado, formó parte de la conferencia de estudiantes LIDS y los comités sociales de estudiantes, dónde, además de ayudar a organizar la conferencia anual de estudiantes LIDS, un evento de laboratorio exclusivo ahora en su vigésimo quinto año, también ayudó a organizar almuerzos mensuales, reuniones y concursos de juegos, incluido un desafío de un semestre denominado OLIDSpics (un homenaje a los Juegos Olímpicos). Él dice que estar en los comités fue una excelente manera de participar y contribuir a la comunidad LIDS, un grupo por el que está agradecido.

"En el MIT, y especialmente en LIDS, puede aprender algo nuevo de todas las personas con las que habla. He estado en muchos lugares y este es el único lugar donde he experimentado una comunidad como esa, "Dice Omer.

A medida que el tiempo de Omer en LIDS llega a su fin, todavía está debatiendo qué hacer a continuación. Por un lado, su amor por resolver problemas del mundo real lo está atrayendo hacia la industria. Pasó cuatro veranos durante su doctorado. prácticas en empresas como el Laboratorio de Investigación de Mitsubishi Electric. Disfrutaba del ritmo acelerado de la industria, pudiendo ver sus soluciones implementadas con relativa rapidez.

Por otra parte, Omer no está seguro de poder dejar la academia por mucho tiempo; le encanta la investigación y también le apasiona la enseñanza. Omer, que creció en Bosnia-Herzegovina, comenzó a enseñar en su primer año de secundaria, en un campamento de matemáticas para niños más pequeños. Ha estado enseñando de una forma u otra desde entonces.

En el MIT, Omer ha impartido cursos de pregrado y posgrado, incluso como instructor-G, una cita solo para estudiantes avanzados que hayan demostrado experiencia en la enseñanza. Ha ganado dos premios de enseñanza, el Premio Extraordinario de Enseñanza y Mentoría para Estudiantes Graduados de la Escuela de Ingeniería del MIT en 2018 y el Premio de Enseñanza Carlton E. Tucker del MIT EECS en 2017.

La magnitud del amor de Omer por la enseñanza es clara cuando habla de trabajar con los estudiantes:"Ese momento en el que le explicas algo a un estudiante y ves que realmente entiende el concepto no tiene precio. No importa cuánta energía tengas que gastar para hacer eso ocurrir, vale la pena, "Dice Omer.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.