חידוש השימוש של משטחים חכמים הניתנים להגדרה מחדש כדי לשפר את עוצמת האות האלחוטית

עליית פני השטח החכמים Reconfigurable בתקשורת אלחוטית

ככל שרשתות אלחוטיות מתפתחות ממערכות הדור החמישי (5G) לקראת ההבטחה של הדור השישי (6G), מהנדסים וחוקרים מתמודדים עם אתגר מתמשך: כיצד לספק קישוריות מהירה, אמינה בסביבות שהן יותר ויותר מדבקות במכשולים, בהתערבות ובאותות מסורתיות מתחרות - בניית מגדלים נוספים, פריסת תאים קטנים, ושימוש באנטנות מסיביות של MIMO - יש כיסוי מורחב וקיבולת, אך הן עדיין נאבקות עם אזורי מת, חדירה חדשה, כמו יכולת התמודדות עם יכולת רבת, רק כדי לשפר את עצמה, כמו יכולת עמידה, רק כדי להתמודד עם יכולת רבת, רק עם יכולת רבת, שהיא מספקת, כמו גם היא יעילה, כמו גם עמידות בפני עצמה, כמו גם עמידות בפני עצמה, כמו גם עמידות בפני עצמה, כמו יכולת עמידה על פני השטחית, וגמישות, וגמישות, וגמישות, וגמישות, וגמישות, עם מגבלות חזקות יותר, עם יכולת עמידה, וגמישות, עם מגבלות חזקות יותר, וגמישות, עם יכולת עמידה, וגמישות, עם יכולת עמידה, עם יכולת עמידה, עם יכולת עמידה, כמו גם עם יכולת עמידה על פני השטחית, כמו גם היא יעילה יותר, עם מגבלות חזקות יותר, וגמישות, עם מגבלות רחבת, וגמישות, וגמישות, כמו גם עמידות בפני עצמה, כמו גם עמידות בפני עצמה

טכנולוגיית RIS מייצגת שינוי מהותי מדרכי אות פאסיביות ובלתי צפויות לשליטה פעילה, בתכנפיים אלקטרומגנטיות. על ידי סידור מגוון רחב של בעלות נמוכה, כמעט אלמנטים פסיביים על קירות, תקרה, לוחות מודעות או משטחים אחרים, מפעילי רשת יכולים להפוך אובייקטים רגילים לממסרים חכמים שמשקפים, השבירה, או אפילו לספוג גלי רדיו לפי הצורך.

מה הם משטחים חכמים?

ברמה בסיסית, משטח אינטליגנטי Reconfigurable הוא מבנה דו-ממדי המורכב תאים רבים בודדים שניתן לשלוט בהם, הנקראים לעתים קרובות meta-atoms או פיזורים.תאים יחידה אלה הם באורך תת-גל בגודל (בדרך כלל שבריר של אורך הגל של האות) והם מסודרים בלחיצת זמן קצובה או quasi-periodicce כדי ליצור מטריה:0metasurfaceFalphirtual) כל אחד מהם מכיל מיקרו-מפרקטיקס (מחץ) או תאים) כגון רכיבי CART-Dic CART) או תאים, כגון:

כאשר גלי רדיו מחלחלים על מטבול כזה, ההתנהגות הקולקטיבית של כל תאי היחידה קובעת כיצד פני השטח משנים את היריד הקדמית של האירוע על ידי הפעלת מתח שליטה או הטיה לכל רכיב, בקר מרכזי יכול לתכנן את פני השטח להתנהג כמשקף מותאם אישית, עדשה, סופג, או דיפרקטור (החומר הזה הוא מה שהופך את פני השטח "הגדרה" בלתי אפשרית" (מדומה למערךים מסורתיים, בדרך כלל, RIS) הם גורמים אנלוגיים פשוטים יותר: 0-מתאים יותר:

הרעיון שואב מהשדה הרחב של חומרים מטבוליים - מסובכים מנוסים המציגים תכונות אלקטרומגנטיות לא נמצאו בטבע. metamaterials מוקדמים היו סטטיים, אבל ההתקדמות של רכיבי טוטליטל ושליטה דיגיטלית אפשרו את הכוונון הדינמי הנדרש לסביבות אלחוטיות הסתגלות.היום, אבטיפוס RIS הפועלים בגל מילימטר (מ"ואב) ו- 6 GHz הוכחו בניסויים בשטח, מראה הישגים מבטיחים, סיקור אותות כוח, הפרעה.

מאפיינים מרכזיים של RIS

• (FLT:0) למפרץ פרופיל נמוך: ⁇ 1) ניתן לפוצץ על משטחים גמישים או לוחות קשיחים, בהתאם לקירות, לחזיתות ואפילו לבגדים.
• (ב) יעילות:0 (Energyיעילות: FLT:1 משום שהם אינם כוללים אותות, הם צורכים רק מיקרו-וואטים לכל רכיב, מה שהופך אותם מתאימים לפרוסות ללא סוללות או אנרגיה.
• (FLT:0) פעילות כוללת ללא התערבות עצמית: ההרחבה: 1:1 שלא כמו רפוריות או הודעות פעיל, RIS להימנע מצורך ביטול מורכב כי הם פסיביים בתחום RF.
• (FLT:0) שליטה: 1FLT ( 1) מאות או אלפי אלמנטים ניתן לנהל באמצעות מערך שער חד-ממדי (FPGA) או מיקרו-בקר, באמצעות טיפול מקביל או מקביל.

כיצד RIS Boost Wireless Signals

המנגנון העיקרי שבאמצעותו RIS משפר קישורים אלחוטיים הוא דרך FLT:0intelligent beamformingph1 של סביבת ה-Proagation. בתרחיש טיפוסי, משדר פולט אות המקרינה בכל הכיוונים.חלק מהאנרגיה מגיעה למקבל המיועד ישירות (דרך הראייה), אך הרבה ממנו מפוזר, נספג, או חסם RIS מונח על קיר סמוך או יכול לשקף את היישר לכיוון של מקלט וירטואלי, למעשה, כדי ליצור קו וירטואלית לכיוון מסגרת וירטואלית.

ליתר דיוק, פני השטח מבצעים את ה-FLT:0 השתקפות ⁇ mous השתקפותFLT 1:1 - עזיבתו של חוק Snell - על ידי הטלת שלב ⁇ על פני הצמצם שלה.אם השינוי המוצג על ידי כל עמודה (או שורות) של תאים יחידה משתנה באופן ליניארי לאורך פני השטח, גל הקדמי משתקף יהיה מוטה בכיוון הרצוי.

ניתן לכמת את ה-RIS במונחים של רווח מערך.אם פני השטח יש (FLT:0)NIRFLT:1 אלמנטים, עוצמת השדה המשולבת המקסימלית ב המקלט יכולה לעלות בקנה מידה כמו FLT:2NIRFLT 3:2 (בתחום הרחוק, בהנחה של יישור שלב מושלם) בפועל, רווחים של 10-20DB נמדדו עבור פני השטח עם כמה מאות עד ל- 000 תכונות גבוהות יותר ויותר.

מינוף בין הצדדים וקידום הביטחון

מעבר להשתקפות פשוטה, ניתן להגדיר את RIS גם ל-FLT:0 â € ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ â ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מקרה נוסף של שימוש מתפתח הוא (FLT:0) פיזיקלי-שכבות אבטחה ריצוף 1: על ידי הנדסה פני השטח כדי לשפר באופן מלאכותי רעש או ליצור דבורים ממוקדות רק כלפי המשתמש המיועד, RIS יכול לנער ערוצי eavesdropper תוך שמירה על הקישור הלגיטימי. גישה זו מוסיפה שכבת אבטחה ללא להסתמך רק על קריפטוגרפיה.

יישומים ב- Domains

הגמישות של RIS פותחת את הדלת ליישומים רבים, המשתרעים על רשתות 5G הנוכחיות, מערכת האקולוגית של 6G בעתיד ואפילו מעבר לתקשורת ארצית.

5G ו- 6G Network Enhancement

5G כבר מסתמך על תדרי מ"מ וייב (כ-52 GHz) כדי להשיג מהירויות ג'יגהביט, אבל אותות מ"מ וייב הם מאוד כיוון וחסומי בקלות על ידי מבנים, עצים ואפילו גוף אנושי. RIS יכול למלא פערים על ידי משחק כמשקף אינטליגנטי כי nd mmWave אותות סביב פינות או באמצעות חלונות מוקדמים הראו כי RIS מותקן על מנורת רחוב יכול להאריך מ"מ"מ"מ"מ מבסיס גבוה יותר לשימוש ב- 1GFD) באופן שונה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כולל עיגולים עד כה גבוה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כמו גם כן, 000, כלומר, כלומר, כלומר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 גבוה יותר, 000, 000, 000, 000.

ערים חכמות וחיבורי IoT

בעיר חכמה, אלפי חיישני האינטרנט של הדברים (IoT), מצלמות, ומבצעים חייבים לתקשר באופן אמין.מכשירי IoT רבים הם בעלי כוח נמוך ולפעול בלהקות תת-הרץ או 2.4 GHz.התפרקו את RIS על רהיטים רחוב, מנורפוסטים, וחזיתות בנייה יכולים לעזור להרחיב את טווח השערים, להפחית את מספר החוזרים, ולהקטין את העלות הכוללת של מספר בעליות של מספר חכם:2FIS:

בסביבה פנימית: משרדים, מ"ל ואיצטדיון

חללים פנימיים מאתגרים לשמצה עבור אלחוטי בגלל קירות, רהיטים, תנועה אנושית. An RIS ממוקם על תקרה או קיר יכול לשמש מסר פסיבי שמכוון את האות מנקודת גישה לאזור מת מאחורי מחיצה מתכת.במקומות גדולים כמו קניונים או אצטדיון ספורט, יחידות RIS מרובות יכולים לשתף פעולה כדי לשרת אלפי משתמשים בו זמנית עם איכות של ניסיון.

תקשורת כפרית ומרוחקת

הושטת פס רחב לאזורים כפריים ומרוחקים לעתים קרובות דורש קישורים ארוכים בין כפרים נפרדים על ידי גבעות או יערות. RIS ניתן לפרוס על רכסי הרים או קטבים גבוהים כדי לשקף אותות מעל האופק, ביעילות ליצור גשר אלחוטי הדורש לא ציוד ביניים פעיל. גישה זו יכולה להפחית באופן דרסטי את העלות ואת זמן הפריסה בהשוואה הנחת סיבים או הקמת מגדלי חוזר.

רשתות רכב ו- Vehicular

כלי רכב מחוברים ואוטונומיים מסתמכים על תקשורת כלי רכב (V2X) הכוללת V2V (שליח-ל-לה-לה-לה-לה-ל-שליח), V2I (infrastructure), ו-V2P (דואסטריאן) אתגר אחד הוא ש-5.9 GHz DSRC או platative V2X יכולים להיות חסום על ידי כלי רכב אחרים, התנגשות, או בנייה.

רשתות לא-טרסטריות ותקשורת לוויין

תעשיית החלל חוקרת את RIS לתקשורת לוויינית, במיוחד עבור קבוצות כוכבים בעלות נמוכה של כדור הארץ (LEO). RIS בעל הקרקע יכול להתמקד באנרגיה מלוויינים העוברים על מסוף קרקע מסוים, צמצום כוח השידור הנדרש של הלוויין ומאפשר מסופי משתמש קטנים וזולים יותר.

אתגרים בדרך ל Deployment

למרות הפוטנציאל העצום, הטכנולוגיה של RIS מתמודדת עם כמה מכשולים משמעותיים שיש לפתור לפני אימוץ מסחרי נרחב.

מורכבות חומרה ועלויות

ייצור תאים אמינים, בעלות נמוכה שיכול להתמודד עם רמות כוח גבוהות, לפעול על פני טווח תדר רחב, ומכוונן במהירות הוא לא-trivial. אבטיפוס הנוכחי לעתים קרובות להשתמש רכיבים דיסקרטיים שנמכרו על לוחות מעגלים מודפסים, אשר יקר כדי בקנה מידה חוקרים חוקרים חוקרים בודקים אלקטרוניקה מודפסת ו substrates גמישים כדי להפחית עלויות, אבל עמידות ותפקוד נשאר שאלות פתוחות גדולות.

ערוץ אסטנס וניהול Beam

כדי להגדיר RIS בצורה אופטימלית, הרשת צריכה לדעת את הערוץ בין המשדר לבין פני השטח, ובין פני השטח לבין המקלט.זה כרוך בהערכת מאות או אלפי פרמטרים, אשר הופך לבעיה רבת מימדית גבוהה שיטות המבוססות על טייס עלולות להתרחש באופן בלתי מתקבל על הדעת על הדעת, מחקרים אחרונים מציעים באמצעות FLT:0 עמוק למידהF:1LT ו-LTF:2pressed יותר, אך יש צורך בשינויים של מספר נמוך יותר, אך עדיין, אך ורק כדי להפחית את הפחתת משקל, אך יש צורך, אך ורק את השינויים המפחיתים, אך ורק את השינויים המעודנים, אך ורק כדי להפחית את מספרם של מספרם של חומרים אלה, אך ורק כדי להפחית את המשתנים, אך ורק כדי להפחית את רמת ההשפעה של חומרים אלה, אך ורק כדי להפחית את רמתיים.

סטנדרט והתאמה

רשתות הסלולר של ימינו עוקבות אחר סטנדרטים שנקבעו על ידי 3GPP, ו-Wi-Fi עוקב אחר IEEE 802.11.RIS עדיין לא חלק מסטנדרט אלחוטי גדול.ללא ממשקים סטנדרטיים, פרוטוקולים, וסימן, מפעילי לא יכולים לשלב בצורה חלקה את RIS ממוכרים שונים.קהילת המחקר מתאמת על ארכיטקטורות משותפות (למשל, ה-RIS פועל כ"אי" או "לא"לא"לא"לא"ד" בסטנדרט") עד ל- 6G סטנדרטי, אלא לא יכול להיות סטנדרטיזציה" (הסטנדרט) עד ל- 30G סטנדרטי).

סליחות וחלוקת הרדלס

התקנת משטחים אינטליגנטיים על בניינים ציבוריים, זרמי רחוב או רכוש פרטי מעלה שאלות על בעלות, ייעוד והתאמה אלקטרומגנטית. Regulators חייב להבטיח כי RIS לא ליצור הפרעה מזיקה או להפר מגבלות פליטה ספציפיות.יתר על כן, כי RIS הם פסיביים (הם משקפים אותות קיימים), הם אינם כפופים לדרישות הרישוי דומות כמעבירים, אלא היכולת שלהם לעצב שדות יכול להיות מנוצלים באופן זדוני אלא אם כן הם בעלי בקרה נאותה.

קווי עתיד וגבולות מחקר

הדרך קדימה עבור RIS היא מסומנים על ידי מחקר אינטנסיבי על פני דיסציפלינות מרובות. להלן הם כמה הכיוונים המבטיחים ביותר.

Machine Learning for Real-Time Optimization

למידה עמוקה חיזוק (RL) ואלגוריתמים למידה בפיקוח מאומנים לחזות את התצורה אופטימלית של RIS המבוססת על מדידות קוארזה או אפילו מתמונות של הסביבה. סוכן RL יכול ללמוד להתאים שינויים שלב מחוויות העבר ללא הערכת ערוצים מפורשים, צמצום דרמטי יותר ויותר.כפי חומרה הופכת להיות יותר מסוגלת, על שכפול מעבדי ML יכול לאפשר אוטונומיים, נמוך נטייה להיות היגוי.

אדריכלות פעילה-עוברת

גישה היברידית משלבת מספר אלמנטים פעילים (עם רשתות RF) בין מספר גדול יותר של אלמנטים רסיס פסיביים.האלמנטים הפעילים יכולים לספק כמות קטנה של מגבה ומדכאות פשוטה, בעוד שהפסיביים מספקים שליטה על הגל הקדמי.זה יכול להפחית את צריכת החשמל ואת העלות תוך השגת הרבה מהביצועים של מערך פעיל לחלוטין.

העברת מידע אלחוטית וסימפו (SWIPT)

ניתן להשתמש ב-RIS כדי להתמקד לא רק אותות הקשורים למידע, אלא גם באנרגיה להעברת חשמל אלחוטית.על ידי העברת אנרגיה אל מעגל האנרגיה של המכשיר, RIS יכול להרחיב את טווח הטעינה האלחוטית.זה רלוונטי במיוחד עבור חיישני IoT כי צריך להפעיל תחזוקה ללא תחזוקה במשך שנים. ניסויים מוקדמים הראו כי 1,000 מיזמים מוקדמים יכולים להכפיל את האנרגיה המתקבלת מ -10 מטרים.

שילוב עם קיימות תשתיות

במקום לוחות עומדים, ייתכן ש-RIS עתיד יתמזג בחומרי בנייה - כגון חלונות זכוכית, לבנים או לוחות סולאריים - בנייה מחדש.זה יסלק עלויות ההתקנה ויהפוך את RIS כמעט בלתי נראה.חוקרים ב-FLT:0Kyoto UniversityFLT:1 כבר הוכיחו RIS שקוף באמצעות ביצוע תחמוצות שניתן להתחבר לחידושים כאלה יכולים להאיץ את האימוץ בבנייה חדשה.

מעבר לתקשורת: רגיש ואימגי

ניתן להשתמש גם כ מכ"ם גדול של חישה סביבתית.על ידי כיוונים שונים, פני השטח יכולים לשחזר את המיקום ואת התנועה של אובייקטים בחדר או רחוב.יכולות לתמוך ביישומים כמו הכרה מחווה, ירידה בטיפול קשישים, ניטור תנועה אינטליגנטי - כל ללא מצלמות, שמירה על פרטיות.

מציאות אלחוטית חדשה

משטחים חכמים Reconfigurable מייצגים שינוי פרדיגמטי כיצד אנו חושבים על רשתות אלחוטיות.במקום להתייחס לסביבה ההתפשטות כמקור בלתי-מוגדר של ההתעלות ורב-אופטיקה, RIS מאפשר לנו לטפל בה כמשאב שניתן לתכנן ולהכוון על הביקוש.

המסע מטיפוסי מעבדה לפריסה בעולם האמיתי עדיין מתקדם, עם אתגרים בחומרה, בקרה, סטנדרטיזציה ותקנה.עם זאת קצב ההתקדמות הוא מדהים.עם המשך ההשקעה ממנהיגים בתעשייה וקונסוליה אקדמית - כגון אלה המשתתפים ב-FLT:0ETSI ISG RISG RISFLT:1 - הטכנולוגיה צפויה להתבגר במהלך השנים הבאות 5G מתפתח לקראת מציאות ירוקה, והופכת למעשה חכמה של RISG.