Kablosuz iletişim sistemleri daha yüksek veri oranları, daha düşük gecikme ve müdahale ile daha güvenilir bağlantı sağlamak için sürekli baskı altında. Multipathing Surfaces (IRS) radyo ortamını her iki verici ve alıcıda birden çok anten kullanan, MIMO sistemlerini büyük donanımlar olmadan yükseltebilmenin bir temel taşı haline getiriyor.

Akıllı Yüzeyleri Anlamak (IRS)

Akıllı Bir Yüzey, aynı zamanda yeniden yapılandırılabilir Akıllı Yüzey (RIS), birçok küçük, düşük maliyetli pasif elementten oluşan bir insan yapımı planlı bir yapıdır.Her bir element bağımsız olarak fazı ayarlayabilir, amplifikasyon veya her iki olasılıklı güçlendiricileri gerektirir - sadece kontrol devreleri için minimum güce ihtiyaç duyar.Bu, hassas bir şekilde enerji ve yoğun dağıtım için yansımaları yansıtabilir.

Temel fikir, yüksek frekanslı gruplarda özellikle değerli olan yüzeyin kendisini tedavi etmek içindir (örneğin, sinyalin ağır ve line-of-görülmesi) yolların sık sık engellendiği akıllı bir aracı olarak tedavi etmektir.

IRS MIMO Signal Quality

MIMO sistemleri, kapasite ve güvenilirlik artırmak için uzaysal çokluxing ve kirişleri sömürür. MIMO'nun başarısı, yapay kanal oluşturma ortamının zenginliğini bağlıdır - özellikle de, kanal yeterli miktarda saçılma (örneğin, koridorlarda, kapalı ofislerde veya stadyumlarda) eksik olduğunda, MIMO performansları, amaçlanan alıcıya doğru sinyalleri yansıtarak doğrudan bu sınırlamaya bağlıdır.

Tipik bir MIMO-IRS senaryosu, yüzey bir duvara, tavana veya hatta bir mobil platforma yerleştirilir. MIMO baz istasyonu, aksi takdirde kullanıcıyı kaçıracak sinyalleri gönderir; IRS bu sinyalleri yakalar ve bunları optimize eden faz geçişleriyle yansıtır. alıcıya yapılan bir etki, genel sinyal-toğraf oranına (SNR) en yüksek seviyeye kadar tanımlanabilir.

Anahtar geliştirmeler şunları içerir:

  • [FONT:0]SNR'yi Doğru Olmayan (NLOS) Koşullarda Geliştirmiş durumda:[Döncükler: 0,0) Engeller etrafında sinyalleri yönlendirerek, IRS, özellikle kentsel kanallarda ve iç ortamlarda zayıf bir NLOS bağlantıya dönüştürebilir.
  • [FONT:0] Co-Channel Interference: [Dönetici:[Dönetici: 1) IRS, kullanıcılarından gelen sinyalleri veya nüklells oluşturmak için programlanabilir, yoğun MIMO dağıtımlarında hücre içi ve hücre dışı müdahaleyi azaltabilirsiniz.
  • [FONT:0) Özgürlük Dereceleri: Bir IRS'yi etkili bir şekilde kontrol edilebilir sanal yol sayısını artırın, MIMO sistemlerinin daha yüksek uzaysal çoklu gölge elde etmesine izin verin, fiziksel antenlerin sayısı sınırlıdır.

Teknik Mechanisms: Faz Geçiş Kontrolü ve Kanal Estimation

IRS-aided MIMO'nun performansı doğru kanal tahminleri ve faz geçişleri konusunda menajer. Çünkü IRS elemanları pasifdir, sadece bir meydan okuma sunar: Temel istasyon arasındaki kanalı tahmin etmek, IRS ve kullanıcı arayüzü gönderir ve kullanıcı geri bildirimleri, temel istasyonun sabit olarak, temel istasyonun ağırlıkları optimize etmek için kullanılır.

Önemli bir ölçüm şu ki: 0) Mesaja göre (IRS tarafından sağlanan) puanlar (IRS) ile yüzey büyüklüğü, elementi çarpıtmak ve ölçüm hataları gibi pratik kısıtlamalarla sınırlı.

Başka bir önemli yön, [[0)hardware mimarisi). Her IRS elemanı genellikle yansıma katsayı ayarlamak için bir varak diyot veya bir PIN diyotunu içerir. Bazı elementlerin sayısı, aktif bir röle dizisinin altında kalan toplam güç tüketimi ile yüz ila on binlerce arasında değişebilir.

MIMO Networks'teki IRS Uygulamaları

5G ve 5G'nin Ötesinde (B5G) Deployments

5G Yeni Radyo (NR) MIMO konfigürasyonları temel istasyonlarda 64×64'e kadar içerir. Ancak, milimetre- dalga grupları (24-52 GHz) ağır blokajlardan muzdariptir. IRS bina cephelerinde, billboards ve sokak yansımaları oluşturmak için kullanılabilir.

Kapalı Kablosuz Yerel Alan Ağı (WLANs)

İşletme ofislerinde, havaalanları ve alışveriş merkezleri, MIMO tabanlı Wi-Fi (örneğin, Wi-Fi 6/6E) metal bölümler veya beton sütunlar tarafından kaynaklanan ölü bölgelerle mücadele edebilir. IRS monte panelleri tavanlarda veya duvarlarda kullanıcılara meydan okuma sinyalleri dinamik olarak yönlendirebilir, ilk alanda testlerde yüzde 30-50 oranında artış sağlayabilir.

Vehüler İletişim (V2X)

IRS ile donatılmış otoyol birimleri, yüksek hareketli ortamlarda kooperatif algılarının ve güvenlik mesajlarının güvenilirliğini artırır.

Massive MIMO ve Hücresiz Ağlar

Gelecekteki cepsiz mimarilerde, birden çok dağıtılmış erişim noktası kullanıcılara hizmet etmek için işbirliği yapar. IRS düşük maliyetli bir çokluxer olarak hareket edebilir, daha küçük bir dizi aktif antenler taklit etmek için daha büyük bir MIMO serisine izin verir. Araştırmacılar küçük bir IRS (100 element) bile bir hücresiz sistemin ⁇ verimliliğini ikiye katlayabilirler.

Meydanlar ve Sınırlar

IRS önemli kazanımlar vaat ederken, birçok zorluk yaygın kabul edilmeden önce kalır:

  • [FONT:0)Channel Estimation Overhead:Sabahscaded BS-IRS-kullan kanalı, özellikle büyük yüzeyler için zaman ve kaynaklar gerektirir.
  • [FONT:0) Sertware Kompleksi ve Kalibrasyon: Her elementin tam olarak tutarlı yansıma elde etmek için kalibre edilmesi gerekir. İmalat toleransları, sıcaklık sürüklenmesi ve yaşlanmanın bozulabilir.
  • [FONT=0)Half-Duplex Constraint:[Dönetici:0) IRS sadece yansıtmadığından ve basitleştiremeyeceğinden, genel bağlantı bütçesi hala çok uzun mesafeler için yetersiz olabilir. Ancak, IRS'yi büyük MIMO ile birleştirin.
  • [FONT:0) Mevcut Protokollerle Integration:) Mevcut kablosuz standartlar IRS ile akılda tutulmalıdır.Sistem planlama, kiriş yönetimi ve geri bildirim mekanizmaları gereklidir.

Future Outlook: Akıllı Yüzeyler Metamal Devrimi Olarak

İleriye bakıldığında, IRS basit pasif yansımalayıcılardan tamamen yeniden yapılandırılabilir:0) Akıllı radyo ortamları ) ile evrimleşmek bekleniyor, hatta kutuplama, hatta modülel bilgileri yansıtabilir, çünkü küçük engeller şiddetli fadinga neden olabilir, 6G için yeni spektrum grupları açabilir.

ETSI ve 3GPP gibi standartlaştırma organları, 18 ve ötesindeki yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeyler üzerinde çalışma öğelerini sergilediler:0)EURECOM ve ) sabit kablosuz erişim için aktif metasurface antenleri dağıtıyor.

Sonuçta, IRS bir paradigma değişikliği sunuyor: kablosuz ortamı savaşmak yerine, ultra kapasiteli ağları önümüzdeki on yılın talep ettiği yüksek sinyal kalitesi, daha düşük enerji tüketimi ve daha üniformalı kapsama alanı için MIMO'yu yeniden donatıyoruz.

Daha fazla okuma için, RIS (2021) üzerinde ayrıntılı genel bakışlar için:0)Di Renzo et al. (2023)). ve IEEE İletişim Dergisi RIS (2021) üzerinde özel bir konu, IRS-aided MIMO sistemlerinin matematiksel temellerine ve deneysel geçerlilikleri.