Ученые МФТИ разработали прототип настраиваемой интеллектуальной поверхности, оптимизирующей путь распространения сигнала от вышки сотовой связи. Технология способна увеличить покрытие и пропускную способность мобильных сетей без расходов на модернизацию инфраструктуры. Статья была опубликована в журнале первого квартиля Computer Networks.
Важнейшая проблема современных беспроводных сетей – увеличение покрытия и пропускной способности без дорогостоящей модернизации инфраструктуры. Ученые МФТИ предлагают решить ее с помощью реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей (РИП). Они оптимизируют путь распространения сигнала, отражая и перенаправляя его оптимальным образом.
РИП состоят из большого количества отражающих элементов, которые могут менять фазу падающего на них сигнала. Настройкой РИП можно управлять, устанавливая изменение фазы на каждом элементе так, чтобы сфокусировать или перенаправить сигнал на принимающее устройство. Преимущество РИП заключается в том, что они гораздо дешевле в производстве и установке, чем базовые станции сотовых сетей, а также требуют на порядки меньше энергии для работы.
«Обычно РИП контролируются базовыми станциями, что требует их глубокой интеграции в системы операторов связи и тормозит развертывание сетей. Мы предлагаем инновационный, ориентированный на пользователя подход, при котором мобильные устройства сами управляют настройками РИП и могут самостоятельно повысить мощность сигнала без вмешательства оператора. Этот подход значительно улучшает качество подключения, особенно для пользователей на границе соты, как в помещении, так и на улице», – рассказал один из авторов статьи, преподаватель кафедры проблем передачи информации и анализа данных МФТИ Илья Буртаков.
Разработанная система в реальном времени собирает и использует измерения мощности сигнала с мобильных устройств для настройки РИП и оптимизации производительности. Управлять ею смогут сами пользовательские устройства автоматически.
На данном этапе авторы работают над созданием улучшенного прототипа системы. Первый образец показал эффективную работу в диапазонах до 6 ГГц. Он способен увеличивать скорость передачи данных в восходящем или нисходящем потоке в два раза.
«Настройка системы основана на алгоритме сканирования лучом и занимает менее шести секунд — намного меньше времени, чем существующие подходы, например, использующие нейронные сети. Решение не нуждается в стандартизированной поддержке оператора. Все это делает его более экономичным и энергоэффективным», – добавил Илья Буртаков.
Предложенный алгоритм быстрого регулирования работы РИП совместим с существующими сетями 4G и 5G. Ожидается, что результаты работы ускорят появление в России интерактивных умных поверхностей для повседневного подключения.
