Po technologii 5G: badania nad architekturą sieci radiowych i sztuczną inteligencją na potrzeby telekomunikacji przyszłości
Sieć 5G rozwija się na całym świecie, a według prognoz firmy Ericsson liczba abonentów ma do końca 2023 r. sięgnąć 1,5 miliarda. Większa prędkość połączeń, mniejsze opóźnienia i lepsza niezawodność to tylko niektóre z zalet sieci 5G w porównaniu z poprzednimi generacjami. Jednak naukowcy nie spoczywają na laurach i już teraz badają kolejne kroki: nowy typ inteligentnego systemu komunikacji przekraczający technologię 5G. Finansowany przez UE projekt ARIADNE powstał z zamiarem przyspieszenia badań nad tym nowym systemem poprzez integrację zaawansowanej architektury sieci radiowej wysokiej częstotliwości oraz podejścia do przetwarzania i zarządzania siecią opartego na sztucznej inteligencji (SI). Ten ambitny długoterminowy cel zakłada stworzenie wszechobecnych mobilnych usług wirtualnych zamiast wprowadzania lokalnych ulepszeń w obecnym standardzie 5G.
Postęp techniczny
„Ponieważ dostępne widmo częstotliwości wykorzystywane w obecnych sieciach komunikacyjnych jest zajmowane przez szybko rosnącą liczbę nowych i zwykle bardzo wymagających aplikacji i usług, to aby móc zaspokoić wszystkie potrzeby komunikacyjne przyszłości, trzeba efektywnie wykorzystać wyższe zakresy częstotliwości poprzez zastosowanie nowatorskich technologii i wspomaganego sztuczną inteligencją zarządzania zasobami sieciowymi”, wyjaśnia Halid Hrasnica, koordynator projektu ARIADNE. Z tego względu jeden z filarów projektu dotyczył opracowania nowych technologii radiowych do komunikacji z wykorzystaniem pasma D, czyli zakresu częstotliwości od 110 do 170 GHz. Badaczom udało się stworzyć łącze punkt-punkt w paśmie D, działające w czasie rzeczywistym w zakresie od 150 do 160 GHz. Łącze było w stanie przesyłać dane na odległość 226 metrów z prędkością aż 13 Gb/s na nośną (modulacja 32-QAM), zapewniając również bezbłędną komunikację dupleksową z podziałem częstotliwości. Drugim fundamentalnym obszarem badań była zaawansowana łączność oparta na pasywnych metapowierzchniach RIS (ang. „Reconfigurable Intelligence Metasurface), innowacyjnej technologii, która może poprawić wydajność, koszty i łatwość wdrożenia sieci 5G/6G. Metapowierzchnie te manipulują falami elektromagnetycznymi w kontrolowany i elastyczny sposób, co pozwala znacznie zwiększyć zasięg sieci. Naukowcy skupieni wokół projektu ARIADNE zbudowali demonstrator sprzętowy RIS (widoczny na ilustracji), prezentujący anomalnie odbijające metapowierzchnie, które kierują fale milimetrowe w stronę odbiorników w trudnych warunkach, pokonując przeszkody, takie jak ściany.
Wykorzystanie uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji
Aby sprostać wyzwaniom związanym z komunikacją o wysokiej częstotliwości i zarządzaniem metapowierzchniami, zespół ARIADNE przeanalizował szereg technik uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji. „W większości przypadków zastosowanie tych technik ułatwiało modelowanie kanału komunikacyjnego oraz ogólne zarządzanie siecią i jej planowanie”, mówi Hrasnica. Uczenie maszynowe i SI posłużyły do zaawansowanego wykorzystania RIS i optymalizacji warstwy fizycznej komunikacji bezprzewodowej w paśmie D, w tym usług lokalizacyjnych i kształtowania wiązki w taki sposób, aby lepiej skupić sygnał i zwiększyć zasięg. Technologie te usprawniły również protokoły dostępu do medium transmisyjnego i alokację zasobów sieciowych, a także pomogły w planowaniu sieci, zwłaszcza w zakresie pozycjonowania węzłów i metapowierzchni.
Kolejne kroki
W projekcie przeanalizowano ogólne przypadki użycia, w tym połączenia między lokalizacjami na dachach i na poziomie ulicy, a także łączność opartą na RIS bez bezpośredniej widoczności radiowej. Uczeni przyjrzeli się też dynamicznej łączności ad hoc w ruchomej sieci, a także łączności pojazd-pojazd i pojazd-wszystko, która ma kluczowe znaczenie dla autonomicznych pojazdów i podobnych zastosowań. Hrasnic przekonuje, że koncepcja ARIADNE i jej osiągnięcia muszą zostać rozwinięte, aby mogły zostać wprowadzone do przyszłych sieci komunikacji bezprzewodowej. „Partnerzy przemysłowi projektu już podejmują konkretne działania, aby tego dokonać”.
Słowa kluczowe
ARIADNE, SI, 5G, telekomunikacja, sztuczna inteligencja, uczenie maszynowe, 6G
