Prototipo activo de 64 elementos de comunicación inalámbrica asistida por RIS desarrollado por científicos de la Universidad de Tsinghua. Préstamo: transacciones de comunicaciones IEEE
Reconfigurable Smart Surface (RIS) se ha convertido en una tecnología prometedora en las futuras comunicaciones 6G. Con alta ganancia de matriz, bajo costo y bajo consumo de energía, RIS puede mejorar la eficiencia espectral y reducir el consumo de energía. Las RIS estudiadas extensamente en la mayoría de los trabajos existentes suelen ser RIS pasivas.
En particular, el RIS pasivo contiene una gran cantidad de elementos pasivos, cada uno de los cuales es capaz de reflejar la señal incidente con un cambio de fase controlado. Mediante un ajuste apropiado para manipular las señales reflejadas por los elementos RIS para que se sumen coherentemente con la misma fase en el receptor, se puede lograr una alta ganancia de circuito.
“Desafortunadamente, en la práctica, este esperado aumento de alta capacidad a menudo no se puede realizar en muchos escenarios de comunicación”, dijo el Prof. Linglong Dai, líder del equipo de investigación inalámbrica de la Universidad de Tsinghua. “La razón de este resultado negativo es el ‘efecto de desvanecimiento multiplicativo introducido por el RIS pasivo’.
Profe. Dai señaló que las pérdidas equivalentes en la ruta del enlace transmisor-RIS-receptor reflejado son el producto (en lugar de la suma) de las pérdidas en la ruta del enlace transmisor-RIS y RIS-receptor, y por lo tanto miles de veces mayor que en el caso de un enlace directo ininterrumpido. Por lo tanto, para que RIS logre un aumento notable en la capacidad, se requieren miles de elementos RIS para compensar esta grave pérdida de ruta.
Para superar esta limitación fundamental, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Dai propuso el concepto de RIS activo en sus artículos publicados recientemente. “A diferencia del RIS pasivo convencional, que refleja señales sin amplificación, el RIS activo puede amplificar las señales reflejadas con amplificadores integrados en sus componentes para compensar la alta pérdida de ruta en los enlaces asistidos por RIS”, dijo Zijian Zhang, miembro del equipo que trabajó en RIS durante varios años.
Para caracterizar la amplificación de la señal y tener en cuenta el ruido introducido por los componentes activos, el equipo de investigación desarrolló y validó el modelo de señal RIS activa mediante mediciones experimentales basadas en el elemento RIS activo fabricado. Con base en el modelo de señal validado, también analizaron el rendimiento asintótico de los RIS activos y propusieron un esquema conjunto para la formación de haces de transmisión y la codificación prerreflectante para maximizar la tasa acumulativa de múltiples entradas, múltiples entradas, única salida (MU-MISO) asistida por RIS. .
Los resultados de la simulación mostraron que en un sistema inalámbrico típico, el RIS pasivo solo puede lograr un aumento de velocidad acumulado limitado del 22 %, mientras que el RIS activo puede lograr un aumento de velocidad acumulativo significativo del 130 %, superando así el efecto de “desvanecimiento multiplicativo”.
Profe. Dai dijo que también han desarrollado un prototipo de comunicación inalámbrica asistida por RIS activo de 64 elementos, con la intención de revelar un aumento significativo en la capacidad RIS activa en un sistema del mundo real. Al mover al usuario a diferentes ubicaciones y configurar dinámicamente el cambio de fase activo de RIS, el equipo de investigación está obteniendo resultados experimentales de este prototipo.
“En comparación con la potencia recibida por una placa de metal, el RIS activo siempre puede lograr una ganancia de unos 10 dB”, dijo Zhang. “La tasa de datos para un RIS activo puede quedarse en torno a los 30 Mbps, mientras que para una placa metálica del mismo tamaño solo varía de 1 Mbps a 2 Mbps”.
Zhang explicó que la formación de haces en el RIS activo podría hacer que el haz reflejado tuviera una alta ganancia de matriz y de reflexión, mientras que la placa de metal solo podía reflejar señales incidentes aleatoriamente sin combinación o ganancia de fase, lo que finalmente confirmó la ganancia significativa del RIS activo.
Los resultados de la investigación se publican en la revista transacciones de comunicaciones IEEE.
Más información:
Zijian Zhang et al., Active RIS vs. RIS pasivo: ¿Quién prevalecerá en 6G?, transacciones de comunicaciones IEEE (2022). DOI: 10.1109/TCOMM.2022.3231893
Proporcionado por Prensa de la Universidad de Tsinghua