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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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”.
