Ogni standard wireless, dal 3G al 5G e oltre, è sviluppato con obiettivi specifici per far progredire il settore. Ad esempio, il 4G era incentrato sulla flessibilità delle comunicazioni vocali, dati e video basate IP, mentre il 5G le ha migliorate tutte.
Il 6G è destinato a fornire una connettività wireless più diffusa, efficiente e coinvolgente. La ricerca e lo sviluppo dei sistemi 6G sono in pieno svolgimento e inizia a essere più chiaro quali sono i progressi tecnologici che il settore wireless sperimenterà.
Ecco uno sguardo approfondito alle tecnologie che gli ingegneri di sistemi wireless dovrebbero iniziare a prendere in considerazione nelle progettazioni attuali e future.
Nuove frequenze, compresa la comunicazione sub-THz
L’utilizzo di nuove frequenze in gamma (da 7 a 24 GHz) e nella gamma Sub-THz (oltre 100 GHz) farà molto probabilmente parte dei sistemi di comunicazione 6G.
Ciò consentirà di adottare nuove metodologie di gestione dello spettro e di ottenere un aumento delle prestazioni in termini di rate e velocità dei dati, aumentando la capacità della rete e la larghezza di banda di trasmissione e riducendo al contempo le interferenze di rete.
Comunicazione e rilevamento congiunti
Le future reti wireless dovranno localizzare con precisione i dispositivi wireless al fine di ottimizzarne le trasmissioni. Grazie all’introduzione di nuove frequenze, le reti wireless possono fornire un rilevamento estremamente accurato e una conoscenza spaziale dell’ambiente circostante.
Per questo motivo, il 6G utilizzerà la comunicazione e il rilevamento congiunti (JCAS), che integra le funzioni di localizzazione, rilevamento e comunicazione di una rete wireless.
I sistemi JCAS possono migliorare le prestazioni in scenari di comunicazione indoor acquisendo e inviando alla rete informazioni migliori sullo spazio interno, la portata, le barriere e il posizionamento.
Secondo una recente ricerca di Ericsson, uno dei vantaggi principali di JCAS è che “la maggior parte dell’infrastruttura è già pronta con nodi di trasmissione/ricezione (Tx/Rx) che forniscono una copertura completa dell’area e una buona interconnessione tra i nodi, il che facilita una rete sensoriale multistatica”.
Se il rilevamento fosse già integrato nei sistemi wireless, l’introduzione di nuove frequenze nello spettro sub-THz da parte del 6G potrebbe essere un primo passo verso l’utilizzo di tecnologie simili ai radar.
Tuttavia, la sfida nella progettazione di un sistema JCAS è rappresentata dalla maggiore complessità computazionale dei sistemi combinati e la conseguente competizione per le risorse disponibili, che possono rallentare o interrompere il servizio wireless.
Superfici intelligenti riconfigurabili
Le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) si stanno affermando nel settore wireless per la loro facilità di implementazione, il miglioramento dell’efficienza spettrale, la compatibilità con gli standard e l’hardware delle reti wireless attuali e la sostenibilità.
Le RIS sono un nuovo tipo di strumento che consente agli ingegneri di controllare la propagazione dei segnali tra un trasmettitore e un ricevitore in modo dinamico e programmatico attraverso una serie di elementi riflettenti.
Per riflettere e deviare attivamente i segnali in arrivo dalle superfici, gli ingegneri di sistemi wireless devono impiegare sistemi wireless MIMO che migliorano la manovrabilità, ma che richiedono ulteriori antenne e fasci stretti.
I fasci stretti possono rappresentare una sfida, dal momento che ogni minimo errore di puntamento del fascio potrebbe impedire di raggiungere il target previsto. Tutti questi tipi di innovazioni aggiungono un’enorme quantità di complessità e variabilità a un sistema wireless e rendono molto complicata l’esplorazione dello spazio di progettazione.
Gli ingegneri di sistemi wireless che realizzano questi tipi di sistemi wireless utilizzano spesso MATLAB e Simulink per progettare, modellare, testare e analizzare le loro progettazioni. Gli ingegneri possono esplorare nuove gamme di frequenza, larghezze di banda, numerologie e simulazioni di scala per MIMO e frequenze di campionamento più elevate in un ambiente simulato privo di conseguenze.
Reti non terrestri per la connettività wireless
Le reti non terrestri (NTN) rappresentano un progresso tecnologico fondamentale per la connettività diffusa. Le NTN sono qualsiasi rete che coinvolge oggetti volanti non terrestri, compresi i satelliti in orbita terrestre bassa (LEO).
Gli ingegneri di sistemi wireless hanno sempre più integrato i dispositivi mobili in infrastrutture mobili 5G ibride terrestri/non terrestri al servizio di imprese e consumatori. La funzione SOS di emergenza di Apple è l’applicazione più rilevante.
Le NTN sono fondamentali perché consentono di sviluppare una rete wireless globale senza ricorrere all’utilizzo di ripetitori, in particolare nelle regioni in cui la costruzione non è economicamente sostenibile.
L’IA è fondamentale per i sistemi 6G
La crescente complessità delle reti 6G richiede l’utilizzo dell’intelligenza artificiale. I progettisti non possono realisticamente stare al passo con la maggiore velocità e complessità introdotte dal 6G.
Le tecniche di IA riescono a risolvere i problemi non lineari mediante l’estrazione automatica ed efficiente di qualsiasi tipo di pattern, andando ben oltre ciò che si può ottenere con gli approcci human-based.
Gli ingegneri possono applicare l’IA, compresi i workflow di Machine Learning, Deep Learning o Reinforcement Learning, per configurare, ottimizzare e organizzare in autonomia le comunicazioni wireless 6G.
Inoltre, il 6G probabilmente supporterà interfacce aeree basate sull’IA per migliorare funzioni quali la compressione e la codifica congiunte, il beamforming, la compressione delle informazioni sullo stato dei canali (CSI) e il posizionamento.
Stimando il comportamento dell’ambiente di origine e incorporando ambienti simulati in un modello algoritmico, l’IA può inoltre assistere nella gestione dei progetti e consentire agli ingegneri di studiare rapidamente l’effetto dominante di un sistema con risorse computazionali minime.
L’aspetto migliore delle comunicazioni wireless è che la matematica e la fisica non sono mai in discussione. I problemi nascono dai requisiti e dalle tecnologie che li rendono praticabili ed efficienti. Non sapremo quali tecnologie candidate saranno incluse nello standard 6G prima del 2026, ma gli ingegneri di sistemi wireless dovrebbero prepararsi fin da ora alle prossime innovazioni.
Una volta stabiliti i requisiti del 6G, gli ingegneri di sistemi wireless, che utilizzano l’IA per costruire progettazioni, che incorporano JCAS, RIS o NTN e che utilizzano le simulazioni per testarli, saranno in una posizione migliore per l’esecuzione.
Per maggiori informazioni clicca qui oppure scarica il White Paper “6G Design with MATLAB” qui.
*articolo di Houman Zarrinkoub, Ph.D., responsabile prodotti wireless, MathWorks
