Omer Tanovic, en doktorsexamen kandidat vid institutionen för elektroteknik och datavetenskap, gick med i Laboratory for Information and Decision Systems (LIDS) eftersom han älskar att studera teori och förvandla forskningsfrågor till lösbara matematiska problem. Men Omer säger att hans ingenjörsbakgrund – innan han kom till MIT fick han grund- och magisterexamen i elektroteknik och datavetenskap vid universitetet i Sarajevo i Bosnien-Hercegovina – har lärt honom att aldrig tappa ur sikte de avsedda tillämpningarna av hans arbete, eller de praktiska parametrarna för implementering.

"Jag älskar att tänka på saker på den abstrakta matematiska nivån, men det är också viktigt för mig att det arbete vi gör hjälper till att lösa verkliga problem, " säger Omer. "Istället för att bygga kretsar, Jag skapar algoritmer som hjälper till att göra bättre kretsar."

Ett verkligt problem som fångade Omers uppmärksamhet under hans doktorsexamen. är energieffektivitet i trådlösa operationer. Framgången för trådlös kommunikation har lett till massiv infrastrukturutbyggnad i USA och runt om i världen. Detta har inkluderat många nya celltorn och basstationer. När dessa nätverk och mängden information de hanterar växer, de förbrukar en allt större mängd ström, varav en del går till att driva systemet som det ska, men mycket av det går förlorat som värme på grund av energieffektivitet. Detta är ett problem både för företag som mobilnätsoperatörer, som måste betala stora elräkningar för att täcka sina driftskostnader, och för samhället i stort, i takt med att sektorns utsläpp av växthusgaser ökar.

Dessa farhågor är det som motiverar Omer i hans forskning. De flesta av projekten som han har arbetat med på MIT syftar till att designa signalbehandlingssystem, optimerad för olika åtgärder, det kommer att öka energieffektiviteten samtidigt som du säkerställer att utsignalen (det du hör när du pratar med någon i telefonen, till exempel) är trogen den ursprungliga inmatningen (det som sades av personen i andra änden av samtalet).

Hans senaste projekt syftar till att ta itu med energieffektivitetsproblemet genom att minska topp-till-medeleffektförhållandet (PAPR) för trådlösa kommunikationssignaler. I vid bemärkelse, PAPR är en indirekt indikator på hur mycket ström som krävs för att skicka och ta emot en tydlig signal över ett nätverk. Ju lägre detta förhållande är, desto mer energieffektiv överföring. Nämligen, mycket av den ström som förbrukas i cellulära nätverk är dedikerad till effektförstärkare, som samlar in elektronisk ingång med låg effekt och omvandlar den till en uteffekt med högre effekt, som att fånga upp en svag radiosignal som genereras inuti en mobiltelefon och förstärka den så att när den sänds ut av en antenn är den tillräckligt stark för att nå ett mobiltorn. Detta säkerställer att signalen är tillräckligt robust för att bibehålla adekvat signal-brusförhållande över kommunikationslänken. Effektförstärkare är som mest effektiva när de arbetar nära sin mättnadsnivå, vid maximal uteffekt. Dock, eftersom cellulär nätverksteknik har utvecklats på ett sätt som rymmer en enorm volym och mängd information över nätverket – vilket resulterar i mycket mindre enhetliga signaler än tidigare – kräver moderna kommunikationsstandarder signaler med stora topp-till-medeleffektförhållanden. Detta innebär att en radiofrekvenssändare måste utformas så att den underliggande effektförstärkaren klarar av mycket högre toppar än den genomsnittliga effekt som sänds, och därför, för det mesta, effektförstärkaren fungerar ineffektivt – långt ifrån dess mättnadsnivå.

"Varje mobiltorn måste ha någon form av PAPR-reduktionsalgoritm på plats för att fungera. Men algoritmerna de använder är utvecklade med få eller inga garantier för att förbättra systemets prestanda, "Säger Omer." En vanlig uppfattning är att optimala algoritmer, vilket säkerligen skulle förbättra systemets prestanda, är antingen för dyra att implementera – i termer av kraft eller beräkningskapacitet – eller kan inte implementeras alls."

Omer, som leds av LIDS professor Alexandre Megretski, designat en algoritm som kan minska PAPR för en modern kommunikationssignal, vilket skulle göra det möjligt för effektförstärkaren att arbeta närmare sin maximala effektivitet, vilket minskar mängden energi som går förlorad i processen. För att skapa detta system ansåg han det först som ett optimeringsproblem, vars villkor innebar att någon lösning inte skulle vara genomförbar, eftersom det skulle kräva oändlig latens, betyder en oändlig fördröjning innan signalen sänds. Dock, Omer visade att det underliggande optimala systemet, trots oändlig latens, har en önskvärd egenskap med blekningsminne, och så kunde han skapa en approximation med ändlig latens – en acceptabel fördröjningstid. Från detta, han utvecklade ett sätt att på bästa sätt approximera det optimala systemet. Tillnärmningen, som är genomförbar, tillåter avvägningar mellan precision och latens, så att realtidsförverkliganden av algoritmen kan förbättra energieffektiviteten utan att lägga till för mycket överföringsfördröjning eller för mycket distorsion till signalen. Omer tillämpade detta system med hjälp av standardiserade testsignaler för 4G-kommunikation och fann att, i genomsnitt, han kunde få cirka 50 procent minskning av topp-till-genomsnittlig effektförhållande samtidigt som han uppfyllde standardmått för kvalitet på digitala kommunikationssignaler.

Omers algoritm, tillsammans med förbättrad energieffektivitet, är också beräkningseffektivt. "Detta är viktigt för att säkerställa att algoritmen inte bara är teoretiskt implementerbar, men också praktiskt genomförbart, Omer säger, återigen betonar att abstrakta matematiska lösningar bara är värdefulla om de stämmer överens med verkliga parametrar. Mikrochipfastigheter inom kommunikation är en begränsad vara, så algoritmen kan inte ta mycket plats, och dess matematiska operationer måste utföras snabbt, eftersom latens är en kritisk faktor i trådlös kommunikation. Omer tror att algoritmen skulle kunna anpassas för att lösa andra tekniska problem med liknande ramverk, inklusive kuvertspårning och modellförutsägande kontroll.

Medan han har arbetat med detta projekt, Omer har gjort ett hem för sig själv på MIT. Två av hans tre söner föddes här i Cambridge – faktiskt, den yngsta föddes på campus, i trapphuset i Omer och hans frus examensbostad. "Granarna sov rakt igenom det, Säger Omer med ett skratt.

Omer blev snabbt en aktiv medlem av LIDS-gemenskapen när han anlände till MIT. Mest anmärkningsvärt, han var en del av LIDS studentkonferens och studentsociala kommittéer, var, förutom att hjälpa till att driva den årliga LIDS Student Conference, ett signaturlab-evenemang nu på sitt 25:e år, han hjälpte också till att organisera månatliga luncher, sammankomster, och speltävlingar, inklusive en terminslång utmaning kallad OLIDSpics (en hyllning till de olympiska spelen). Han säger att att vara med i kommittéerna var ett bra sätt att engagera sig i och bidra till LIDS-gemenskapen, en grupp som han är tacksam för.

"På MIT, och speciellt vid LOCK, du kan lära dig något nytt av alla du pratar med. Jag har varit på många ställen, och det här är det enda stället där jag har upplevt en sådan gemenskap, säger Omer.

När Omers tid på LIDS går mot sitt slut, han diskuterar fortfarande vad han ska göra härnäst. Å ena sidan, hans kärlek till att lösa verkliga problem drar honom mot industrin. Han tillbringade fyra somrar under sin doktorsexamen. praktik på företag inklusive Mitsubishi Electric Research Lab. Han njöt av industrins snabba takt, att kunna se sina lösningar implementeras relativt snabbt.

Å andra sidan, Omer är inte säker på att han någonsin skulle kunna lämna akademin länge; han älskar forskning och brinner verkligen för undervisning. Omer, som växte upp i Bosnien-Hercegovina, började undervisa under sitt första år på gymnasiet, på ett matteläger för yngre barn. Han har undervisat i en eller annan form sedan dess.

På MIT, Omer har undervisat både på grund- och forskarnivå, inklusive som instruktör-G, en tid som endast ges till avancerade studenter som har visat pedagogisk expertis. Han har vunnit två undervisningspriser, MIT School of Engineering Graduate Student Extraordinary Teaching and Mentoring Award 2018 och MIT EECS Carlton E. Tucker Teaching Award 2017.

Storleken på Omers kärlek till undervisning är tydlig när han talar om att arbeta med studenter:"Det ögonblicket när du förklarar något för en elev och du ser dem verkligen förstår konceptet är ovärderligt. Oavsett hur mycket energi du måste lägga för att göra det hända, det är värt det, säger Omer.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.