Инженери са намерили начин да защитят управляемите отразяващи повърхности за бъдещите 6G мрежи от електромагнитни смущения. Новата система разпознава фоновото излъчване, избира подходяща посока на лъча и помага за предаването на силен сигнал към нужните потребители, без да усилва смущенията заедно с него.

Изследването е проведено от международна група под ръководството на специалисти от Университета в Глазгоу. Учените са работили с реконфигурируеми интелигентни повърхности, или RIS. Такива конструкции се състоят от множество програмируеми елементи, способни да променят посоката на отразените радиовълни.

Принципът на действие на RIS може да се сравни с огледало.

Обикновената повърхност отразява падащия сигнал в съответствие с формата и положението си. Интелигентната повърхност управлява отделните елементи и концентрира радиовълните в избрана област. Благодарение на това тя може да усилва връзката, да помага за определяне на местоположението на устройствата и да насочва енергията към конкретен получател. Подобни системи се разглеждат като един от възможните компоненти на бъдещите 6G мрежи. Предполага се, че такива мрежи ще предават данни и едновременно с това ще анализират околното пространство. Този подход се нарича интегрирани системи за комуникация и сондиране, или ISAC. В такъв случай една и съща инфраструктура ще може да поддържа безжична връзка, да проследява местоположението на обекти и да събира данни за околната среда. Възможните области на приложение включват транспорта, автоматизираното производство, медицинските системи и градската инфраструктура.

Развитието на такива технологии се затруднява от електромагнитните смущения. Телефони, компютри, автомобили, преносима електроника, промишлени устройства и сензори постоянно обменят данни чрез мобилни мрежи, Wi-Fi и Bluetooth. Всички те генерират радиосигнали, които могат да се наслагват един върху друг и да влошават качеството на връзката.

RIS отразява не само полезния сигнал. На нейните елементи попадат и странични радиовълни, поради което повърхността може, заедно с желания сигнал, да усили електромагнитните смущения. Това намалява скоростта на обмена на данни и пречи на точното определяне на координатите на потребителите. Преди това изследователите се опитваха да потискат смущенията след появата им. Въпреки това често заедно с тях отслабваше и полезният сигнал. Освен това обработката се поемаше от базовата станция, която трябваше да извършва голям обем цифрови изчисления. Това увеличаваше енергопотреблението на мрежата.

Авторите на новото изследване предложиха друг подход. Тяхната система първо анализира електромагнитната обстановка и определя статистическите характеристики на смущенията. Изследователите наричат този набор от характеристики своеобразен „отпечатък“ на интерференцията.

След това системата последователно проверява различни посоки на лъча и намира конфигурацията с най-силен полезен сигнал. Получените данни се предават на алгоритъма, управляващ елементите на RIS. След това повърхността пренасочва радиовълните, като отчита откритите смущения. Разработчиците нарекоха метода „EMI-aware framework“, тоест система, която отчита електромагнитните смущения. Тя не се опитва просто да извади интерференцията от вече приетия сигнал. Вместо това RIS предварително променя траекторията на радиовълните, за да се намали влиянието на смущенията върху приемането.

Според съавтора на работата Джалил Казим, този подход намалява обема на обработката от страна на базовата станция. Част от задачата се изпълнява от самата интелигентна повърхност, разположена в околната среда.

„Като разположим интелигентната повърхност в околното пространство, можем да променим траекторията на сигнала така, че да се справим с смущенията още преди те да достигнат базовата станция.“

обясни Казим

За лабораторното изпитване изследователите използваха RIS, състояща се от повече от 4000 елемента. Те бяха разположени под формата на мрежа 64 на 64. Радиосигналите се генерираха от софтуерно дефинирани радиосистеми, работещи на честота 3,5 GHz. Този диапазон се използва и в действащите 5G мрежи. В експеримента участваха 5 приемника, които имитираха потребители. Три от тях се намираха вътре в помещението и се считаха за разрешени получатели. Останалите два бяха разположени в коридора извън лабораторията, където имитираха потенциални прихващачи.

Алгоритъмът настрои покритието така, че енергията да се концентрира върху трима вътрешни потребители. Двете устройства в коридора не получиха сигнал, подходящ за връзка. В същото време системата успя да определи местоположението на всичките 5 приемника, включително двете устройства извън стаята. Този резултат показва разликата между предаването на данни и сондирането: мрежата може да открие обект и да оцени неговите координати, без да му предоставя пълноценен канал за връзка.

По време на тестовете RIS увеличи скоростта на предаване на данни за оторизираните потребители и осигури точно определяне на местоположението им. Получените резултати съвпаднаха с предварителните изчисления, извършени в хода на компютърното моделиране. Изследователите разглеждат насоченото предаване като допълнителен защитен механизъм. Когато енергията се концентрира в ограничена област, е по-трудно сигналът да бъде прихванат извън нейните граници. Лабораторният експеримент обаче не доказва пълната защитеност на технологията в реални мрежи, където има движещи се устройства, отражения от множество обекти и по-сложни източници на смущения.

„Нашата повърхност може да насочва сигнала към потребители, на които имаме доверие и да не го предава на тези, на които не се доверяваме.“

заяви професор Мухамад Али Имран, един от съавторите на изследването

Авторите свързват по-нататъшното развитие на технологията с адаптивните 6G мрежи, които ще могат автоматично да реагират на промените в средата. Въпреки това представената система засега е тествана само в контролиран лабораторен експеримент на честота 3,5 GHz.