Omer Tanovic, un dottorato di ricerca candidato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica, è entrato a far parte del Laboratorio per i Sistemi Informativi e Decisionali (LIDS) perché ama studiare la teoria e trasformare le domande di ricerca in problemi matematici risolvibili. Ma Omer afferma che il suo background ingegneristico - prima di venire al MIT ha conseguito una laurea e un master in ingegneria elettrica e informatica presso l'Università di Sarajevo in Bosnia-Erzegovina - gli ha insegnato a non perdere mai di vista le applicazioni previste del suo lavoro, o i parametri pratici per l'attuazione.

"Mi piace pensare alle cose a livello di matematica astratta, ma è anche importante per me che il lavoro che stiamo facendo aiuterà a risolvere i problemi del mondo reale, " dice Omer. "Invece di costruire circuiti, Sto creando algoritmi che aiuteranno a creare circuiti migliori".

Un problema del mondo reale che ha catturato l'attenzione di Omer durante il suo dottorato di ricerca. è l'efficienza energetica nelle operazioni wireless. Il successo delle comunicazioni wireless ha portato a una massiccia espansione delle infrastrutture negli Stati Uniti e in tutto il mondo. Ciò ha incluso molte nuove torri cellulari e stazioni base. Man mano che queste reti e il volume di informazioni che gestiscono crescono, consumano una quantità sempre maggiore di energia, alcuni dei quali vanno ad alimentare il sistema come dovrebbe, ma gran parte del quale viene disperso sotto forma di calore a causa dell'inefficienza energetica. Questo è un problema sia per le aziende come gli operatori di rete mobile, che devono pagare grosse bollette per coprire i propri costi operativi, e per la società in generale, con l'aumento delle emissioni di gas serra del settore.

Queste preoccupazioni sono ciò che motiva Omer nella sua ricerca. La maggior parte dei progetti su cui ha lavorato al MIT mirano a progettare sistemi di elaborazione del segnale, ottimizzato per diverse misure, che aumenterà l'efficienza energetica garantendo al tempo stesso che il segnale di uscita (ciò che si sente quando si parla con qualcuno al telefono, per esempio) è fedele all'input originale (ciò che è stato detto dalla persona all'altro capo della chiamata).

Il suo ultimo progetto cerca di affrontare il problema dell'efficienza energetica diminuendo il rapporto di potenza picco-media (PAPR) dei segnali di comunicazione wireless. Nel senso più ampio, PAPR è un indicatore indiretto di quanta potenza è necessaria per inviare e ricevere un segnale chiaro attraverso una rete. Più basso è questo rapporto, più efficiente dal punto di vista energetico è la trasmissione. Vale a dire, gran parte della potenza consumata nelle reti cellulari è dedicata agli amplificatori di potenza, che raccolgono input elettronici a bassa potenza e li convertono in un output di potenza superiore, come captare un debole segnale radio generato all'interno di un telefono cellulare e amplificarlo in modo che, quando emesso da un'antenna è abbastanza forte da raggiungere una torre cellulare. Ciò garantisce che il segnale sia sufficientemente robusto da mantenere un adeguato rapporto segnale-rumore sul collegamento di comunicazione. Gli amplificatori di potenza sono più efficienti quando operano vicino al loro livello di saturazione, alla massima potenza di uscita. Però, poiché la tecnologia di rete cellulare si è evoluta in modo da accogliere un enorme volume e varietà di informazioni attraverso la rete, risultando in segnali molto meno uniformi rispetto al passato, gli standard di comunicazione moderni richiedono segnali con grandi rapporti di potenza picco-media. Ciò significa che un trasmettitore a radiofrequenza deve essere progettato in modo tale che l'amplificatore di potenza sottostante possa gestire picchi molto più alti della potenza media trasmessa, e quindi, La maggior parte delle volte, l'amplificatore di potenza funziona in modo inefficiente, lontano dal suo livello di saturazione.

"Ogni torre cellulare deve avere un qualche tipo di algoritmo di riduzione PAPR in atto per funzionare. Ma gli algoritmi che usano sono sviluppati con poche o nessuna garanzia sul miglioramento delle prestazioni del sistema, " dice Omer. "Una concezione comune è che gli algoritmi ottimali, che sicuramente migliorerebbe le prestazioni del sistema, sono troppo costosi da implementare, in termini di potenza o capacità di calcolo, o non possono essere implementati affatto."

Omero, che è supervisionato dal professor LIDS Alexandre Megretski, progettato un algoritmo in grado di diminuire il PAPR di un moderno segnale di comunicazione, che consentirebbe all'amplificatore di potenza di funzionare più vicino alla sua massima efficienza, riducendo così la quantità di energia persa nel processo. Per creare questo sistema lo considerò prima come un problema di ottimizzazione, le cui condizioni facevano sì che qualsiasi soluzione non fosse attuabile, in quanto richiederebbe una latenza infinita, significa un ritardo infinito prima di trasmettere il segnale. Però, Omer ha mostrato che il sistema ottimale sottostante, anche se di latenza infinita, ha una proprietà di dissolvenza della memoria desiderabile, e così poteva creare un'approssimazione con latenza finita, un tempo di ritardo accettabile. Da questa, ha sviluppato un modo per approssimare al meglio il sistema ottimale. L'approssimazione, che è implementabile, consente compromessi tra precisione e latenza, in modo che le realizzazioni in tempo reale dell'algoritmo possano migliorare l'efficienza energetica senza aggiungere troppo ritardo di trasmissione o troppa distorsione al segnale. Omer ha applicato questo sistema utilizzando segnali di test standardizzati per la comunicazione 4G e ha scoperto che, in media, potrebbe ottenere una riduzione di circa il 50 percento nel rapporto tra potenza di picco e potenza media soddisfacendo le misure standard di qualità dei segnali di comunicazione digitale.

Algoritmo di Omer, insieme al miglioramento dell'efficienza energetica, è anche computazionalmente efficiente. "Questo è importante per garantire che l'algoritmo non sia implementabile solo teoricamente, ma anche praticabile, "Omer dice, ancora una volta sottolineando che le soluzioni matematiche astratte hanno valore solo se sono coerenti con i parametri del mondo reale. Gli immobili di microchip nelle comunicazioni sono una merce limitata, quindi l'algoritmo non può occupare molto spazio, e le sue operazioni matematiche devono essere eseguite rapidamente, poiché la latenza è un fattore critico nelle comunicazioni wireless. Omer ritiene che l'algoritmo potrebbe essere adattato per risolvere altri problemi di ingegneria con framework simili, compreso il monitoraggio dell'inviluppo e il controllo predittivo del modello.

Mentre lavorava a questo progetto, Omer si è costruito una casa al MIT. Due dei suoi tre figli sono nati qui a Cambridge, infatti, il più giovane è nato nel campus, nella tromba delle scale di Omer e dell'edificio per l'edilizia residenziale di sua moglie. "I vicini dormivano proprio attraverso di essa, "dice Omer con una risata.

Omer è diventato rapidamente un membro attivo della comunità LIDS quando è arrivato al MIT. Soprattutto, ha fatto parte della conferenza studentesca LIDS e dei comitati sociali studenteschi, dove, oltre ad aiutare a gestire la conferenza annuale degli studenti LIDS, un evento di laboratorio esclusivo giunto alla sua 25a edizione, aiutava anche ad organizzare pranzi mensili, incontri, e gare di gioco, inclusa una sfida di un semestre chiamata OLIDSpics (un omaggio ai Giochi Olimpici). Dice che far parte dei comitati è stato un ottimo modo per impegnarsi e contribuire alla comunità LIDS, un gruppo per il quale è grato.

"Al MIT, e soprattutto ai LIDS, puoi imparare qualcosa di nuovo da tutti quelli con cui parli. sono stato in molti posti, e questo è l'unico posto in cui ho sperimentato una comunità del genere, "dice Omero.

Mentre il tempo di Omer alla LIDS volge al termine, sta ancora discutendo su cosa fare dopo. Da una parte, il suo amore per la risoluzione dei problemi del mondo reale lo sta attirando verso l'industria. Ha trascorso quattro estati durante il suo dottorato di ricerca. tirocinio presso aziende tra cui il Mitsubishi Electric Research Lab. Gli piaceva il ritmo veloce dell'industria, poter vedere le sue soluzioni implementate in tempi relativamente brevi.

D'altra parte, Omer non è sicuro di poter mai lasciare a lungo il mondo accademico; ama la ricerca ed è anche una vera passione per l'insegnamento. Omero, cresciuto in Bosnia-Erzegovina, ha iniziato a insegnare nel suo primo anno di liceo, in un campo di matematica per i bambini più piccoli. Da allora ha insegnato in una forma o nell'altra.

Al MIT, Omer ha tenuto corsi sia a livello universitario che di livello post-laurea, anche come istruttore-G, un appuntamento riservato agli studenti avanzati che hanno dimostrato competenza didattica. Ha vinto due premi per l'insegnamento, il MIT School of Engineering Graduate Student Extraordinary Teaching and Mentoring Award nel 2018 e il MIT EECS Carlton E. Tucker Teaching Award nel 2017.

La grandezza dell'amore di Omer per l'insegnamento è chiara quando parla del lavoro con gli studenti:"Quel momento in cui spieghi qualcosa a uno studente e vedi che capiscono davvero il concetto non ha prezzo. Non importa quanta energia devi spendere per farlo accadere, ne vale la pena, "dice Omero.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.