НЕСМОТРЯ НА ВСЮ БУРНУЮ революцию в беспроводных технологиях за последние несколько десятилетий, было несколько констант. Один из них — переполненность радиодиапазонов, а другой — попытка избежать этого перегруженности за счет использования все более и более высоких частот. И сегодня, когда инженеры внедряют 5G и планируют беспроводную связь 6G, они оказываются на распутье: после многих лет разработки сверхэффективных передатчиков и приемников и компенсации потерь сигнала в конечных точках радиоканала они начинают чтобы понять, что они приближаются к практическим пределам эффективности передатчика и приемника. Отныне, чтобы получить высокую производительность при переходе на более высокие частоты, нам нужно будет спроектировать сам беспроводной канал .. Но как мы можем спроектировать и контролировать беспроводную среду, которая определяется множеством факторов, многие из которых случайны и, следовательно, непредсказуемы?
Возможно, наиболее перспективным решением на данный момент является использование реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей. Это плоские структуры, размер которых обычно варьируется от примерно 100 квадратных сантиметров до примерно 5 квадратных метров или более, в зависимости от частоты и других факторов. Эти поверхности используют передовые вещества, называемые метаматериалами , для отражения и преломления электромагнитных волн. Тонкие двумерные метаматериалы, известные как метаповерхности, могут быть разработаны для восприятия локальной электромагнитной среды и настройки ключевых свойств волны, таких как ее амплитуда, фаза и поляризация ., поскольку волна отражается или преломляется поверхностью. Так как волны падают на такую поверхность, это может изменить направление падающих волн, чтобы усилить канал. На самом деле, эти метаповерхности можно запрограммировать на динамическое внесение этих изменений, реконфигурируя сигнал в реальном времени в ответ на изменения в беспроводном канале. Думайте о реконфигурируемых интеллектуальных поверхностях как о следующей эволюции концепции повторителей.
Реконфигурируемые интеллектуальные поверхности могут сыграть большую роль в грядущей интеграции беспроводных и спутниковых сетей.
Это важно, потому что по мере того, как мы переходим к более высоким частотам, характеристики распространения становятся более «враждебными» по отношению к сигналу. Беспроводной канал постоянно меняется в зависимости от окружающих объектов. На частотах 5G и 6G длина волны исчезающе мала по сравнению с размерами зданий, транспортных средств, холмов, деревьев и дождя. Волны более низкой частоты преломляются вокруг таких препятствий или проходят сквозь них, а сигналы более высокой частоты поглощаются, отражаются или рассеиваются. По сути, на этих частотах сигнал прямой видимости — это все, на что вы можете рассчитывать.
Такие проблемы помогают объяснить, почему тема реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей (RIS) является одной из самых горячих в исследованиях беспроводных сетей. Ажиотаж оправдан. Оползень активности и результатов исследований и разработок набрал обороты за последние несколько лет, вызванный разработкой первых метаматериалов с цифровым управлением почти 10 лет назад .
Прототипы РИС демонстрируют большие перспективы в десятках лабораторий по всему миру. И все же один из первых крупных проектов, Visorsurf , финансируемый европейцами , начался всего пять лет назад и продлился до 2020 года. Первые публичные демонстрации технологии состоялись в конце 2018 года компаниями NTT Docomo в Японии и Metawave из Карлсбада, Калифорния.
Сегодня сотни исследователей в Европе, Азии и США работают над применением RIS для создания программируемых и интеллектуальных беспроводных сред. Такие поставщики, как Huawei, Ericsson, NEC, Nokia, Samsung и ZTE, работают самостоятельно или в сотрудничестве с университетами. И крупные сетевые операторы, такие как NTT Docomo, Orange, China Mobile, China Telecom и BT, проводят существенные испытания RIS или планируют это сделать. Эта работа неоднократно демонстрировала способность RIS значительно усиливать сигналы в самых проблемных диапазонах 5G и 6G.