Kohti RF-ketjusta vapaata langattomuutta

Digitaalista koodausta ja ohjelmoitavia metapintoja on ehdotettu ja kokeiltu jo vuodesta 2014 lähtien.

Ohjelmoitava metapinta koostuu meta-atomeista, jotka on integroitu dynaamisiin ohjattaviin komponentteihin, ja sitä voidaan käyttää monipuoliseen ja reaaliaikaiseen aaltomanipulaatioon uudelleen ohjelmoitavalla tavalla.

Ohjelmoitava metapinta radioympäristössä on johtanut uudelleenkonfiguroitavan älykkään pinnan käsitteeseen, jota voidaan käyttää parantamaan langattoman viestinnän laatua käyttämällä in situ -keilanmuodostusta sirottamaan aallot kohti haluttuja kohdesuuntia.

Vuonna 2019 Cui et al. ehdottivat metapinta-avusteisille viestintäverkoille toista ajatussuuntaa, jossa ohjelmoitavaa metapintaa käytettiin peräti uudenlaisen lähetinarkkitehtuurin rakentamiseen.

Ohjelmoitava metapintapohjainen lähetin mahdollistaa sekä informaation tuoton että siirron samanaikaisesti, mikä eliminoi monimutkaisten informaation modulaatiokomponenttien, kuten I/Q-kanavien, tarpeen. Tällaisessa lähettimessä informaatio tuotetaan suoraan itse metapinnan koodaustilojen avulla, ja ne otetaan vastaan mittaamalla siroavia sähkömagneettisia kenttiä.

Ohjelmoitavia metapintalähettimiä käyttävät vakiintuneet viestintästrategiat sisältävät suoran säteenmuodostuksen, aika-alueen taajuusmuutosavainnoinnin, tila-taajuus multipleksoinnin, 256-tilan kvadratuuriamplitudimodulaation, valosta mikroaaltoon lähetyksen ja täysominaisuuksilla moduloidut tila-aika metapinta-antennit.

Näistä edistysaskelista huolimatta nykyisten järjestelmien keskeinen haaste on alhainen informaation kartoitustehokkuus, mikä heikentää suuresti tiedonsiirtonopeuksia ohjelmoitavissa metapintapohjaisissa viestintälinkeissä.

Informaation kartoituksen tehokkuus määritellään sen informaation määrän suhteeksi, jonka vastaanotin voi poimia ohjelmoitavan metapinnan kytkentäajan yksikössä toimittamaan informaation määrään.

Ihannetapauksessa tämä tehokkuus olisi yhtenäisyys (unity); Yksikään raportoitu järjestelmä ei kuitenkaan ole vielä saavuttanut tätä rajaa teoreettisesti tai käytännössä.

Kiinan tiedeakatemian tutkijat Haotian Wu ja Tie Jun Cui kollegoineen ehdottavat nyt yleistettyä teoreettista mallia ja ovat rakentaneet protyypin ohjelmoitavasta metapinta-antennista osoittamaan mahdollisuutta lähestyä informaation kartoitusrajaa.

Löydöt ovat yleisesti sovellettavissa laajalla spektrialueella, ja niiden odotetaan luovan pohjan tulevalle ohjelmoitavalle metapinnan mahdollistamalle nopealle RF-ketjusta vapaille langattomille verkoille.

Aiheesta aiemmin:

Monitoimiset metapintojen antennit

Uusi antennitekniikka mahdollistaa usean signaalin siirron 6G-verkoissa

Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja