استكشاف استخدام السطح الذكي القابل للثقة إلى موقع بث الحياة اللاسلكية

The Rise of Reconfigurable Intelligent Surfaces in Wireless Communications

ونظراً لأن الشبكات اللاسلكية تتطور من الجيل الخامس )المجموعة الخمس( نحو الوعد الذي قطعه الجيل السادس، يواجه المهندسون والباحثون تحدياً مستمراً: كيف يمكن أن توفر شبكات اتصال ذات سرعة عالية وموثوقة في البيئات التي تكتنفها بشكل متزايد العقبات والتدخل والإشارة المتنافسة، وتكمل النهج التقليدية بناء أبراج أكثر، وتنشر خلايا صغيرة، وتستخدم نطاق واسع من التغطية والقدرة على الصعود.

وتمثل تكنولوجيا الطاقة الكهربائية تحولا أساسيا من مسارات الإشارات السلبية وغير المتوقعة إلى التحكم النشط القابل للبرمجة في الموجات الكهرومغناطيسية، ومن خلال ترتيب صفائف كبيرة من الأسلاك المنخفضة التكلفة، أو ما يقرب من العناصر السلبية على الجدران، أو السقف، أو اللوحات، أو غيرها من الأسطح، يمكن لمشغلي الشبكات أن يحولوا الأشياء العادية إلى مواقع ذكية تعكس، أو تتحول، أو حتى تستوعب موجات واعدة.

ما هي السطحات الذكية المثق بها؟

وعلى المستوى الأساسي، فإن سطح ذكي قابل للثقة هو هيكل ثنائي الأبعاد يتألف من العديد من خلايا الوحدة الخاضعة للمراقبة الفردية، ويسمى في كثير من الأحيان فصيلة الميثان أو المبعثرات، وهذه الخلايا هي مواصفة فرعية في الحجم (عادة جزء من النسيج الترددي للإشارة) وترتَّب في شكل نسيج دوري أو شبه كيميائي لتشكل [1]

وعندما تُنتشر موجات إذاعية على هذا الوجه المتري، فإن السلوك الجماعي لجميع خلايا الوحدة يحدد كيف يغير السطح الموجة من الحادثة، ومن خلال تطبيقه لفولط التحكم أو التحيز على كل عنصر، يمكن لمراقب مركزي أن يبرمج السطح ليتصرف كعناصر عدائية أو عدسة أو مؤمنة أو موزعة، وهذا هو ما يجعل التردد السطحي " قابلاً للتداول " أكثر من صفائف المتحركة التقليدية.

ويستمد هذا المفهوم من المجال الأوسع للمضامين المحتوية على مضامين متطورة لا توجد في طبيعتها، حيث كانت الميثامات المبكِّرة ثابتة، ولكن التقدم في المكونات القابلة للتداول والمراقبة الرقمية قد مكّن من الضبط الدينامي المطلوب في البيئات اللاسلكية المتكيفة، واليوم، أظهرت نماذج الاختبارات التجريبية التي تعمل في موجات متعددة من الطاقة (الإطار) وشبه 6 HZ.

السمات الرئيسية لمؤسسة باريس

• Large aperture and low profile:] Surfaces can be fabricated on flexible substrates or rigid panels, conforming to walls, facades, or even clothing.
• Energy efficiency:] because they do not amplify signals, they consume only microwats per element, making them suitable for bat-free or energy-harvesting deployments.
• Full-duplex operation without self-interference:] contrast active reflectarrays or relays, RIS avoid the need for complex cancellation because they are passive in the RF domain.
• Scalable control:] Hundreds or thousands of elements can be managed through a single field-programmable gate array (FPGA) or microcontroller, using sequence or parallel addressing.

كيف RIS Post Wireless الإشارات

والآلية الرئيسية التي يحسن بها معهد بحوث الطاقة الخفيفة الروابط اللاسلكية هي من خلال [(FLT:0]) التلاعب الذكي ) ببيئة الانتشار، وفي سيناريو نموذجي، يمكن أن يُظهر جهاز إرسال إشارة مشعة في جميع الاتجاهات، وتصل بعض الطاقة إلى جهاز الاستقبال المعتزم مباشرة (طريق البصر) ولكن معظمه يُعدُّ إشارات مبعثرة أو مُستحوَّلة.

وعلى وجه التحديد، يؤدي السطح انعكاساً هائلاً ] - خروجاً عن قانون سنيل بفرض تدرج في مرحلة من مراحله عبر خطه، وإذا كان التحول التدريجي الذي أدخله كل عمود (أو صف) خلايا الوحدة يختلف بشكل متتالي على السطح، فإن واجهة الموجة المعبرة ستُغَطَّل في اتجاه مُثل.

ويمكن تقدير قيمة زيادة الإشارة من نظام تقييم المخاطر من حيث الربح من حيث الطائفة، وإذا كان السطح يحتوي على عناصر N]، فإن أقصى كثافة ميدانية متماسكة في جهاز الاستقبال يمكن أن تُضخ على أنه N](2) (في الميدان البعيد، مع افتراض المواءمة الكاملة للمرحلة).

Mitigating Interference and Enhancing Security

وبخلاف التفكير البسيط، يمكن أيضاً تشكيل معهد بحوث البيئة الاجتماعية بحيث لا يُحدث أي تدخل [(FLT:0]) عن طريق توجيه إشارات غير مرغوب فيها بعيداً عن متلقي الضحية، وعن طريق تعديل المرحلة وضخامة كل عنصر بطريقة مدمرة عند اتجاه التدخل، فإن الأعمال السطحية كمرشح مكاني، وهذه القدرة قيمة بوجه خاص في عمليات النشر الحضرية الكثيفة التي تتقاسم فيها خلايا متعددة صغيرة وجهازاً متبادلاً.

وثمة حالة أخرى ناشئة من حالات الاستخدام هي ] أمن الطحالب الفيزيائية ].() ومن خلال هندسة السطح لتعزيز الضوضاء بشكل اصطناعي أو إنشاء حزمة مركّزة فقط تجاه المستخدم المقصود، يمكن لمؤسسة RIS أن تخفض مستوى القنوات المتنقية مع الحفاظ على الصلة المشروعة، وهذا النهج يضيف طبقة من الأمن دون الاعتماد فقط على التبريد.

الطلبات المقدمة عبر مناطق الجنوب

إن تنوع نظم المعلومات البيئية يفتح الباب أمام تطبيقات عديدة، ويمتد ليشمل الشبكات الحالية ذات الـ 5 جي، والنظام الإيكولوجي الـ6 جي في المستقبل، وحتى خارج الاتصالات الأرضية.

5 زاي و 6 زاي تعزيز الشبكة

5G[G already relies on mmWave frequencies (24-52 GHz) to achieve Giabit speeds, but mmWave signals are highly directional and easily blocked by buildings, trees, and even human bodies. RIS can fill coverage gaps by acting as intelligent reflectors that bend mmWave signals around corners or through windows.

المدن الذكية والانتقائية

In a intelligence city, thousands of Internet of things (IoT) sensors, cameras, and actuators must communicate reliably. Many IoT devices are low-power and operate in the sub-GHz or 2.4 GHz bands. Deploying RIS on street contradiction, lampposts, and building facades can help extend the range of gateways, reduce the number of repeats and lower1]

البيئات الداخلية: المكاتب، والمولات، والملاعب

فالأماكن الداخلية صعبة بشكل ملحوظ بالنسبة للأجهزة اللاسلكية بسبب الجدران والأثاث والحركة البشرية، ويمكن أن تكون مؤسسة RIS وضعت على سقف أو جدار بمثابة نقلة سلبية توجه الإشارة من نقطة الدخول إلى منطقة ميتة وراء تقسيم معدني، وفي أماكن كبيرة مثل مراكز التسوق أو الملاعب الرياضية، يمكن لوحدات متعددة من معهد بحوث الطاقة أن تتعاون على خدمة الآلاف من المستخدمين المتزامنين الذين لديهم صلة متماثلة.

الاتصالات في المناطق الريفية والمناطق النائية

وكثيرا ما يتطلب توسيع نطاق النطاق العريض ليشمل المناطق الريفية والنائية وجود صلات طويلة الأجل بين القرى المنفصلة عن التلال أو الغابات، ويمكن نشر نظام " RIS " على الحافة الجبلية أو الأعمدة الطويلة لتعكس الإشارات على الأفق، مما يؤدي إلى إنشاء جسر لاسلكي لا يحتاج إلى معدات وسيطة نشطة، ويمكن لهذا النهج أن يقلل بشكل كبير من وقت التكلفة والنشر مقارنة برسم الألياف أو إنشاء خلايا إعادة إرسال.

شبكات السيارات والمركبات

وتعتمد المركبات المجهزة بالاستقلال الذاتي على كل اتصال من المركبات (V2X) يشمل المركبات V2V (المركبات من نوعها) وV2I (الهياكل الأساسية) وV2P (السريع) ويتمثل أحد التحديات في أن 5.9 غيغاهيرتز دي.دي.سي أو إشارات الخلايا V2X يمكن أن تحجبها مركبات أخرى، أو قياس نفق الطرق، أو زوايا البناء.

الشبكات غير الفضائية والاتصالات الساتلية

وتستكشف صناعة الفضاء نظام " باريس " للاتصالات الساتلية، ولا سيما بالنسبة للمكونات ذات المدار المنخفض، ويمكن أن يركز نظام " اريس " الموزعة على الأرض على الطاقة من ساتل يمر على محطة أرضية محددة، مما يقلل من طاقة الإرسال المطلوبة من الساتل ويتيح محطات طرفية أصغر تكلفة، وعلى العكس من ذلك، يمكن استخدام " RIS " على ساتل لإعادة تشكيل نمط إطلاقه دون أن يخفض وزنه.

التحديات على الطريق إلى الانتشار

وعلى الرغم من الإمكانات الهائلة، تواجه تكنولوجيا نظم البحوث في مجال الطاقة عدة عقبات هامة يجب حلها قبل اعتمادها تجاريا على نطاق واسع.

تعقيدات وتكاليف البرامجيات

وتشغل خلايا وحدات منخفضة التكلفة يمكن الاعتماد عليها والتي يمكن أن تُعالج مستويات عالية من الطاقة، وتعمل على نطاق واسع من الترددات، وسرعان ما تكون غير متقطعة، وكثيرا ما تستخدم النماذج الأولية الحالية عناصر منفصلة تباع في لوحات الدوائر المطبوعة، وهي مكلفة جداً، ويستكشف الباحثون الإلكترونيات المطبوعة والمرنة من أجل خفض التكاليف، ولكن التحمل والاتساق في الأداء ما زالت مسائل مفتوحة.

تقييم القناة وإدارة الحزم

To configure an RIS optly, the network needs to know the channel between the transmitter and the surface, and between the surface and the receiver. This involves estimating hundreds or thousands of parameters, which becomes a high-dimensional problem. Traditional pilot-based methods may incur unacceptable overhead. Recent research proposes using deep learningam:

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

وتتبع الشبكات الخلوية الحالية المعايير التي حددها الفريق العامل المعني بالشراكات بين الجنسين، ويتبع المعهد الوطني للإحصاء 802.11، ولا يشكل المعهد بعد جزءا من أي معيار لاسلكي رئيسي، ولا يمكن للمشغلين، دون وجود وصلات وصلية موحدة، أو بروتوكولات، أو إشارة، أن يدمجوا معاصر الاستثمار المباشر من مختلف البائعين، ويتجمع مجتمع البحوث على هياكل مشتركة (مثلا، يصل جهاز مراقبة المخاطر إلى 20 باعتباره " متغيرا " أو " نموذجيا " .

العقبات التنظيمية والانتشارية

ويثير تركيب أسطح ذكية في المباني العامة أو أضواء الشوارع أو الممتلكات الخاصة تساؤلات بشأن الملكية، والتقسيم، والتوافق الكهرومغناطيسي، ويجب على المنظمين أن يكفلوا عدم قيام معهد بحوث البيئة بالتدخل الضار أو انتهاك حدود محددة للانبعاثات، وعلاوة على ذلك، لأن نظام " ريست " سلبي (تعكس الإشارات القائمة)، لا يخضعان لنفس شروط الترخيص التي تخضع لها أجهزة الإرسال، ولكن يمكن استغلال ضوابطها على الميادين المضبوطة.

المستقبل توجيهات وجبهة البحوث

ويشهد الطريق إلى الأمام نحو معهد بحوث الطاقة والبحوث على إجراء بحوث مكثفة عبر تخصصات متعددة، ويتضح أن بعض الاتجاهات الواعدة للغاية.

التعلم في مجال التأقلم الفعلي

ويجري تدريب التعلم عن طريق التعزيزات العميقة (RL) وخوارزميات التعلم الخاضعة للإشراف على التنبؤ بالتشكيل الأمثل لنظم نظم المخاطر القائمة على قياسات الصرف أو حتى من صور البيئة، ويمكن لعامل RL أن يتعلم تعديل التحولات التدريجية من التجارب السابقة دون تقدير صريح للقناة، مما يقلل بشكل كبير من النفقات العامة، حيث أن أجهزة تجهيزات الجرعات المتعددة الأطراف يمكن أن تتيح توجيهاً مستقلاً وقوياً.

الهياكل الأساسية النشطة والراسخية

A hybrid approach combines a few active elements (with RF chains) among a larger number of passive RIS elements. The active elements can provide a small amount of amplification and simple beamforming, while the passive ones provide fine-grained control over the wavefront. This can reduce power consumption and cost while still achieving much of the performance of a fully active array. Companies like

المعلومات اللاسلكية غير القابلة للتحويل ونقل الطاقة في الوقت نفسه

ويمكن استخدام نظام " RIS " في تركيز لا على الإشارات التي تحمل المعلومات فحسب، بل أيضا على الطاقة لنقل الطاقة اللاسلكية، وبإرشاد الطاقة نحو دائرة لجلب الطاقة، يمكن لمؤسسة الطاقة أن توسع نطاق الشحن اللاسلكي، وهذا أمر له أهمية خاصة بالنسبة لأجهزة الاستشعار التي تستخدم تكنولوجيا المعلومات والتي تحتاج إلى تشغيل أجهزة الصيانة دون توقف لسنوات، وقد أظهرت التجارب المبكرة أن " RIS " ، التي تتجاوز 000 1 متر، يمكن أن تضاعف الطاقة المتلقاة من مسافة 10 مسافات.

التكامل مع الهياكل الأساسية القائمة

وبدلاً من أن تكون الأفرقة المستقلة، يمكن إدماج معهد بحوث البيئة في المستقبل في مواد البناء - مثل النوافذ الزجاجية أو الطوب أو الألواح الشمسية - التي تدور في البناء، مما سيلغي تكاليف التركيب ويجعل المعهد غير مرئي تقريباً، وقد أثبت الباحثون في جامعة كيوتو ] وجود مؤسسة شفافة تستخدم في إجراء أكاسيد يمكن ربطها بالزجاج.

ما بعد الاتصالات: الاستشعار والتصوير

ويمكن أيضا استخدام نظام " RIS " كرادار ذي فتحات كبيرة للاستشعار البيئي، وبإجراء اختبار متتابع لمختلف الاتجاهات، يمكن أن يعيد السطح بناء موقع ونقل الأجسام في غرفة أو شارع، ويمكن لهذه القدرة أن تدعم تطبيقات مثل الاعتراف باللفتات، وكشف الخريف عن الرعاية في المسنين، ورصد حركة السير الذكية - دون كاميرات، والحفاظ على الخصوصية، وتركيب الاتصالات والاستشعار هما ركيزة رئيسية من الـ 6G.

الاستنتاج: واقع جديد لاسلكية

وتمثل السطح الذكي المتجدد تحولاً في النموذج الذي نفكر فيه بشأن الشبكات اللاسلكية، بدلاً من معالجة بيئة النشر كمصدر لا يمكن تجنبه للتكثيف وتلافي الاضطرابات المتعددة، يتيح لنا المعهد أن نعاملها كمورد قابل للبرمجة يمكن أن يُشكل ويُخصص على الطلب، ومن خلال إبراز الإشارات حول العقبات، والتركيز على الطاقة، والتدخل الباطل، يمكن لهذه الأسطح أن تحسن بشكل كبير.

أما الرحلة من النماذج الأولية للمختبرات إلى عمليات الانتشار في العالم الحقيقي فلا تزال جارية، مع التحديات في المعدات والمراقبة والتوحيد والتنظيم، ومع ذلك فإن وتيرة التقدم ملحوظة، ومع استمرار الاستثمار من قادة الصناعة والاتحادات الأكاديمية، مثل تلك المشاركة في ]] TSI ISG RIS[FL-I-FLT:1] - يتوقع أن تنضج التكنولوجيا على مدى السنوات العديدة القادمة.