Giriş: Kablosuz İletişimdeki Sonraki Leap

Daha yüksek veri oranları için sürekli talep, daha düşük gecikmeli ve ubiquitous bağlantı, geleneksel kablosuz sistemlerin sınırlarını zorluyor. Sistemin kontrolünün ötesinde birçok faktöre sahipken, büyük MIMO dizilerine (RIS) temel olarak, fiziksel çevre tarafından kısıtlanmış bir şekilde davranılabilir.

Yeniden yapılandırılabilir Akıllı Yüzeyler Nedir?

Analarında, Yeniden yapılandırılabilir Akıllı Yüzeyler, aktif radyo-freze zincirleri, güç yükselteçleri ve karmaşık temel bant işleme gerektiren iki boyutlu dizilerdir - genellikle meta-atomlar olarak adlandırılır - bu, her bir elementin kontrol devresini ayarlamak için bireysel olarak kontrol edilebilir.Bu düşük maliyetli profil, düşük maliyetli dağıtım sistemleri için özellikle yoğun dağıtımlar için cazip veya retrasyon sinyalleri gerektirir.

Yeniden yapılandırılabilirlik, PIN diyotları, varactors veya mikro-electromechanical sistemler (MEMS) her bir birim hücresinde gömülüdür. kutup gerilimi veya mevcut bu parçalara uygulanır, yüzey farklı emsal devletler arasında değişebilir, böylece yansıma dalga geçişine geçiş sağlar. Gelişmiş RIS tasarımları aynı zamanda amplitüdlümlü bir şekilde yansımayı da ayarlayabilir.

Diğer teknolojilerden akıllı Omni-surfaces ve yeniden yapılandırılabilir yansımaları ayırt etmek önemlidir.Bir yansıma tipik olarak belirli bir yöne doğru sabit bir faz profiline sahip olsa da, bir RIS, kanal varyasyonlarına adapte edilebilir. Başka bir ilgili konsept, özellikle de desteklenebilir sinyal işlemeyi ima eder; RIS, aksine, mevcut yüzeylere sahip olmayan veya genişletilebilir olmayan sinyalleri yansıtabilir.

RIS Geliştirilmiş Anten Dizileri Cap Yükümleri

Anten dizileri - temel istasyonda veya kullanıcı terminalinde olup - bu kirişleri oluşturmak, uzaysal çokluxing kazanmak için tasarlanmıştır. Ancak, performansları çok yönlü (LoS) koşullara ve bu yeteneklerin zenginliğine bağlıdır.

Overcoming Line-of-Sight Limitations

Bir engel, bir temel istasyon anten dizisi ve bir kullanıcı cihazı arasındaki doğrudan yolu engellerken, geleneksel diziler ciddi yol kaybı ve bozulan uzaysal özgürlük derecelerinden muzdariptir. stratejik olarak yerleştirilen RIS, binalarda ölü bölgeleri yansıtarak veya kapalı ortamlarda, büyük nesnelerin sık sık gölgelenmesine sebep olduğu yüzeyleri programlamak için bir yansıma oluşturabilir.

Aktif RF Zincirleri olmadan Kirişme ve Kirişme

Geleneksel anten dizileri, yansıma alanında çalışan faz geçişlerine güveniyor.Yüz binlerce meta-atomu yönlendirmek için yükseltilebilir kirişler, bir gelen dalgayı, kullanıcının aksine, yüksek bir yönsel bağlantı oluşturmak için programlanabilir. RIS, kullanıcılarına daha yakın olduğu için, aksi takdirde bir dizi çalışma alanı yansıtacak şekilde sınırlandırılabilir.

Spasal Akışların Etkili Numarasını Arttırın

Geleneksel bir MIMO sisteminde, yeni propagasyon yollarını tanıtarak kanal sıralaması ile donatılmış ve antenler elde etmek, kanal matrisinin sıralanması gibi, kanal matrisinin sıralanmasıyla birlikte, her bir RIS elementi, özellikle de kontrol edilebilir bir şekilde çoğaltılabilir bir çokpath bileşeninin sayısını etkili bir şekilde çoğaltabilir.

Enerji Verimliliği ve Güç Azaltımı

Broşürler ile RIS'yı entegre etmenin en çekici avantajlarından biri, sinyale güvenmek için temel istasyonun gerekli olduğunu gösterir. Geleneksel kirişler her bir istasyonda aktif RF zinciri için iletme gücünü artırmak için temel istasyonu gerektirir; genel ağ enerji tüketimi zayıftır.Instap ve erken prototip deneyleri, RIS-assisted ağların sinyaline güvenebileceğini gösterir.Çünkü RIS her bir istasyonda mikrowattlık bir kuvvete sahip olabilir - 5 sürdürülebilirlik faktörü ve 5 sürdürülebilirlik faktörü için 5G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-G-Geçmiş bir RF zinciri için önemli bir kuvvet için önemli bir kuvvet için 6500 eleştirel güç için aynı kapsamasıradergiden fazla güç için aynı kapsamasıtma noktası olabilir.

Interference Mitigation and Spatial Nulling

Yoğun dağıtımlarda, kanal müdahalesi büyük bir şişenck. Anten dizileri, belirli kullanıcılara yönelik olmayan veya başka önkoşul teknikleri kullanarak, ancak nulls sayısı tekrar, pencerenin önceden ayarlanan ve yüksek sinyalli olmayan erişimli devrelerden uzak durmaya yardımcı olabilir.

RIS-Enhanced Antenna Dizilerinin Anahtar Faydaları

Teknik mekanizmaların ötesinde, kombinasyon açık sistem düzeyinde avantajlar sunar:

  • [FONT:0]Coverage Extension:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: RIS) RIS, gölge bölgeleri doldurabilir ve ek aktif altyapı olmadan bir temel istasyonun erişimini genişletebilir.
  • [FONT:0] Geliştirilmiş Spasal Reuse:[Dönder:[Döndergiler) Tam olarak yönlendirmeyle, RIS, ek spektrum olmadan genel ağ kapasitesinin artırılmasına olanak sağlar.
  • [FONT:0]Lower Latency:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0) Daha güçlü, daha güvenilir bağlantılarla, yeniden transmisyonlar en aza indirilir, bağımsız sürüş ve telemedicine gibi uygulamalar için son gecikme süresi azaltılır.
  • [FONT:0]Seamless Integration with mMIMO: RIS, radyo yayılım ortamının bir parçası olarak tedavi edilebilir, standart büyük MIMO hava arayüzüne uygun kanal tahmin teknikleri kullanılıyorsa hiçbir değişiklik gerektirmez.
  • [FONT:0]Scalability and Cost:[Dönetici:[Dönetici: 0) ] Çünkü RIS pasifdir ve esnek substratlar üzerinde basılabilir, aktif küçük hücrelerden daha ucuzdur. Bu onları bina duvarları, pencereler ve sokak mobilyaları için uygun hale getirir.

RIS-Enhanced Anten Dizilerinin Anahtar Uygulamaları

RIS ve anten dizileri arasındaki sinerji, birkaç alanda yeni olasılıklar açıyor.

5G-Advanced and 6G Networks

3GPP ve Next Generation Mobile Networks (NGMN) ittifakı gibi standartlar zaten 5G'nin ötesinde bir aday teknolojisi olarak RIS'yı inceliyor. 18 ve ötesinde, RIS, kapalı yerlerde kapsamak için kullanılabilir ve ağ enerji verimliliğine dair geniş çaplı kapsama alanı genişletilebilir. 6G için, RIS, 100'ün üzerinde bütçe frekansına sahip olmak için gerekli olan bağlantıya sahip olabilir.

Kablosuz Sensing ve Localization

RIS ayrıca pasif algılama için programlanabilir demirler olarak hizmet edebilir. Bir temel istasyonda bir anten dizisi bilinen bir sinyal gönderir; RIS, yapılandırmaya dayalı farklı yönlerden yansıtır.Aynı zamanda, dizide alınan yankıları işlemeye göre, sistem duvarların arkasındaki nesneleri veya doğrusal olmayan alanlardan hareket edebilir.

Vehüler İletişim (V2X)

Yüksek hızlı vehüler ortamlar hızlı kanal varyasyonlarından muzdarip ve sık sık sık kesintilerde, özellikle de mmWave frekanslarında. RIS yol işaretleri, köprüler veya binalar hareket eden araçlar ve kirişler otomatik olarak araba yönlendirmesi için hızlanabilir.Bu, V2X uygulamaları için sabit bir bağlantı tutabilir, çünkü plato, çarpışma kaçınır ve yüksek çözünürlüklü haritalar.

Uydu ve Aerial Communications

Uzay dışı olmayan ağlarda (NTN), düşük Dünya çapındaki (LEO) uydular ve uçaklar, kullanıcılarına sinyalleri kirişli bir şekilde yansıtabilir. Ancak, doğrudan arazinin görüntülendiği yoğun bir kentsel alanda bir alan oluşturabilir.Bu, ağır terminaller için ihtiyaç duymadan uydu kapsamını genişletebilir.

Akıllı Üretim ve Endüstri 4.0

Fabrikalarda, tavanlarda büyük anten dizileri, sanayi 4.0'ın yeşil üretim hedeflerine yönelik güvenli bağlantıları sağlamak için mücadele edebilir. RIS ayrıca duvarların veya makine organlarına yerleştirilen RIS, engellerin etrafındaki sinyalleri yönlendirmek, bağımsız robotlar için sağlam bağlantı sağlamak, sensör ağları ve artırılmış gerçeklik arayüzleri sağlamak için programlanabilir.

Meydanlar ve Araştırma Frontiers

Umut verici beklentilere rağmen, RIS'nın yaygın olarak dağıtılmasından önce birkaç teknik ve pratik zorluk üstesinden gelmelidir.

Kanal Estimation ve Faz Optimizasyonu

RIS'nın faydalarını anlamak için, hem temel istasyonu hem de RIS kanalları tüm kullanıcılara göre bilmelidir. Ancak, bir RIS pasif olduğu için, pilotlar ile iletişim kurmak için çeşitli kanal tahmin çerçevelerini öneremez - örneğin elementlerin geçiş öncesi ve RIS çözümü gibi - çok sayıda değişkenle yüksek bir problem gerektirir ve genellikle kullanıcıların ihtiyaç duyduğu bir mobil ortamda, kullanıcıların hareket etmesi gereken daha hızlı bir şekilde optimize edilmesi gerekir.

Donanım Sınırları ve İmalat

Her bir RIS elementin güvenilir bir şekilde kontrol edilmesi gerekiyor, ancak oer sayıda element (özellikle kare başına yüzlerce) bağlantı karmaşıklığına izin vermek için bağlantı karmaşıklığına izin vermek. Bağlantılar bir kontrole (örneğin, FPGA) veya merkezi bir işlemci, elektromanyetik performansla fiziksel müdahaleden kaçınmak için dikkatli bir şekilde tasarlanmıştır.Mevcut RIS prototipleri kullanmak pahalı, yüksek çözünürlükte bir şekilde düşük maliyetle üretime elverişli olmayan yüksek çözünürlükte bir şekilde.

Mevcut Altyapı ile entegrasyon

Ağ operatörleri, RIS kontrolörleri (RIC) IEEE ve RIS Alliance gibi gruplarla arayüze ihtiyaç duymaksızın, her bir ortam için optimize edilebilir olan yeni donanım dağıtma konusunda doğal olarak ihtiyatlıdır.

Güvenlik ve Fiziksel Katman Tehditleri

Çünkü RIS dış kontrol tarafından programlanabilir, bir saldırı yüzeyi tanıtılabilir. Bir reklam, yüzeyi reçel sinyallerine yönlendirebilir veya yerelleştirme için yanlış yansımalar oluşturabilir. Ağ ve RIS arasındaki kontrol kanalının bütünlüğü bu nedenle kritiktir.

Düzenleme ve Spectrum Tahminleri

RIS, lisanslı spektrumda zaten mevcut olan sinyalleri yansıtıyor; yeni bir emisyon üretmiyorlar. Ancak, düzenleyiciler (örneğin, benTU) RIS işleminin, yeniden kullanım kurallarını ihlal etmediğini veya ek lisanslamadığını açıklığa kavuşturmak için endişeler olabilir. Örneğin, bir RIS, gelişmiş spektrum yönetimi için bir araç olarak potansiyel olarak hareket edebilir.

Future Prospects and Outlook

Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeyler ve anten dizileri kombinasyonu sadece artımlı bir gelişme değil; O-RAN arayüzü üzerinden yapılan büyük MIMO temel istasyonlarla iletişim kuracağız. Transceivers daha karmaşık hale getirmek yerine, Hexa-X projesi ve ABD'nin NSF-X- finanse edilen platformlarını, 5G-Ulutlu testlerde son derecelendirecek ve böylece Avrupa 6G ana projesiyle çevrede yeniden yapılandırmak için daha karmaşık hale getireceğiz.

Başka bir heyecan verici yön, binlerce anten bileşeni içeren ultra-masif MIMO mimarisi ile RIS kombinasyonudur - ancak aktif RF zincirlerinin gücü kısıtlayıcı hale gelir. Kullanıcılardan gelen sinyalleri aynı anda yeni müdahale iptal stratejilerine açma yeteneği.

Sonuçta, RIS'nın yaygın kabul edilmesi, küçük hücreleri veya daha yüksek sipariş MIMO'ya yükseltme gibi alternatiflere göre net bir geri dönüş ispatlamakta ve enerjiye duyarlı dağıtımlarda (örneğin, batarya destekli uzaktan radyo kafaları) en güçlü teknoloji olgunları olarak, kablosuz mühendislerde standart bir araç olmasını bekleyebiliriz (örneğin, kapalı alanlar, tüneller, stadyumlar ve çok daha akıllı ve çok daha akıllı ve çok yönlü dağıtımlar gibi).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Güvenilir Akıllı Yüzeyler kablosuz teknolojide temel bir ilerlemeyi temsil ediyor, anten dizilerinin geleneksel fiziksel sınırlamalarını yenmelerini sağlıyor. Dünya çapındaki araştırma çabalarını hızla kapatıyor, RIS, sinyal gücünü artırabilir, genişleyen, enerji tüketimini azaltır ve uzaysal çoklulama geliştirirken, kanal tahminlerinde önemli zorluklar, donanım maliyeti, standartlaştırma ve güvenlikte kalırken, dünya çapında devam eden araştırma çabalarını hızla kapatıyor.6G çağına yaklaşırken, RIS'nın entegrasyonu, gelişmiş anten dizileriyle birlikte, yüksek veri oranları için önemli bir anahtar sağlayacaktır.

Temel ve son araştırma hakkında daha fazla okuma için, IEEE İletişim Dergisi RIS (2021) www.D:0)[link)), Wu ve ZhangÜ:2 (link) tarafından akıllı yansıtma yüzeyler üzerinde kapsamlı bir ankete izin verilir.[Döneticiler)[Dönderler ve son 6G White Paper from Hexa-XİLFLT:4).[link)[tr|link)).