Oltre il 5G: una ricerca fa progredire l’architettura radio e l’intelligenza artificiale per le telecomunicazioni di prossima generazione
La crescita del 5G nel mondo è in fase di avanzamento: secondo una previsione di Ericsson, questa tecnologia raggiungerà le 1,5 miliardi di adesioni entro la fine del 2023. Velocità di connettività più elevate, latenza più bassa e maggiore affidabilità della rete sono alcuni dei vantaggi offerti da questa rete rispetto alle generazioni precedenti. E ora gli scienziati stanno già studiando i passi successivi da intraprendere, in direzione di un nuovo tipo di sistema di comunicazione intelligente che va oltre il 5G. Il progetto ARIADNE, finanziato dall’UE, è stato creato per far progredire la ricerca su questo nuovo sistema, mediante l’integrazione di un’architettura radio avanzata ad alta frequenza e un approccio di elaborazione e gestione della rete basato sull’intelligenza artificiale (IA). Questo ambizioso obiettivo si incentra su una visione a lungo termine basata su servizi mobili virtuali pervasivi, piuttosto che su miglioramenti della rete locale per l’attuale standard del 5G.
Conseguire il progresso tecnico
«Dato che lo spettro di frequenze disponibile utilizzato nelle attuali reti di comunicazione viene consumato da una quantità significativamente crescente di nuovi servizi e applicazioni, solitamente con requisiti molto esigenti, è necessario ricorrere efficacemente a intervalli di frequenza più elevati applicando tecnologie innovative e una gestione delle risorse di rete assistita dall’intelligenza artificiale, in modo da assicurarsi di poter soddisfare tutte le necessità di comunicazione del futuro», spiega Halid Hrasnica, coordinatore del progetto ARIADNE. Alla luce di questa esigenza, uno dei pilastri del progetto è stato lo sviluppo di nuove tecnologie radio per le comunicazioni che utilizzano la banda D, ossia la gamma di frequenze compresa tra i 110 e i 170 GHz. ARIADNE ha pertanto creato con successo un collegamento a vista in tempo reale, da punto a punto e in banda D, che opera in un intervallo tra i 150 e i 160 GHz ed è stato in grado di trasmettere dati a una distanza di 226 metri con un’elevata velocità di 13 Gbps per vettore portante (modulazione di ampiezza in quadrature a 32 stati), garantendo inoltre una comunicazione duplex a divisione di frequenza senza errori. Il secondo pilastro della ricerca è stato costituito dalla connettività avanzata basata sulle metasuperfici intelligenti riconfigurabili (RIS, reconfigurable intelligence metasurface) passive, una tecnologia innovativa che potrebbe migliorare le prestazioni, abbassare i costi e promuovere la diffusione delle reti 5G/6G. Le metasuperfici manipolano le onde elettromagnetiche in modo controllato e flessibile, consentendo di ampliare in modo significativo la copertura di rete. I ricercatori impegnati nel progetto ARIADNE hanno costruito un dimostratore hardware RIS, come si vede nell’immagine, che presenta metasuperfici le quali riflettono in modo anomalo e dirigono le onde a banda millimetrica verso i ricevitori in ambienti difficili, superando ostacoli come ad esempio le pareti.
Il ruolo dell’apprendimento automatico e dell’intelligenza artificiale
Per superare le sfide della comunicazione ad alta frequenza e gestire le metasuperfici, ARIADNE ha esplorato una serie di tecniche di apprendimento automatico e di IA. «Nella maggior parte dei casi, l’applicazione di queste tecniche ha facilitato la modellizzazione del canale di comunicazione e la gestione e la pianificazione della rete nel suo complesso», spiega Hrasnica. Le tecnologie di apprendimento automatico e IA sono state utilizzate per far progredire l’uso delle RIS e per ottimizzare le comunicazioni wireless in banda D a livello fisico, compresi i servizi di localizzazione e beamforming per una migliore focalizzazione e copertura del segnale. Esse hanno per di più migliorato i protocolli di accesso ai media e l’allocazione delle risorse di rete, fornendo inoltre assistenza nella pianificazione della rete, e in particolare nel posizionamento dei nodi e delle metasuperfici al suo interno.
Prossime fasi
Il progetto ha preso in considerazione casi d’uso generali, tra cui connessioni tra diversi tetti e a livello di strada, e la connettività basata sulle RIS senza collegamento a vista diretto. Inoltre, ARIADNE ha esaminato la connettività dinamica ad hoc in una rete in movimento, oltre alla connettività da veicolo a veicolo e da veicolo verso qualsiasi cosa, fondamentale per applicazioni come la guida autonoma. Secondo Hrasnica, il concetto di ARIADNE e i suoi risultati devono essere ulteriormente sviluppati affinché sia possibile integrarli nelle future reti di comunicazione wireless. «A tal fine, i partner industriali del progetto stanno già adottando le azioni concrete pertinenti.»
Parole chiave
ARIADNE, IA, 5G, telecomunicazioni, intelligenza artificiale, apprendimento automatico, 6G
