Инженеры нашли способ защитить управляемые отражающие поверхности для будущих сетей 6G от электромагнитных помех. Новая система распознаёт фоновое излучение, подбирает подходящее направление луча и помогает передавать сильный сигнал нужным пользователям, не усиливая помехи вместе с ним.

Исследование провела международная группа под руководством специалистов Университета Глазго. Учёные работали с реконфигурируемыми интеллектуальными поверхностями, или RIS. Такие конструкции состоят из множества программируемых элементов, способных изменять направление отражённых радиоволн.

Принцип работы RIS можно сравнить с зеркалом. Обычная поверхность отражает падающий сигнал в соответствии со своей формой и положением. Интеллектуальная поверхность управляет отдельными элементами и концентрирует радиоволны в выбранной области. Благодаря этому она может усиливать связь, помогать определять местоположение устройств и направлять энергию в сторону конкретного получателя.

Подобные системы рассматривают как один из возможных компонентов будущих сетей 6G. Предполагается, что такие сети будут одновременно передавать данные и анализировать окружающее пространство. Этот подход называют интегрированными системами связи и зондирования, или ISAC.

Одна и та же инфраструктура в таком случае сможет поддерживать беспроводную связь, отслеживать положение объектов и собирать сведения об окружающей среде. Возможные области применения включают транспорт, автоматизированное производство, медицинские системы и городскую инфраструктуру.

Развитию таких технологий мешает электромагнитная интерференция. Телефоны, компьютеры, автомобили, носимая электроника, промышленные устройства и датчики постоянно обмениваются данными через мобильные сети, Wi-Fi и Bluetooth. Все они создают радиосигналы, которые могут накладываться друг на друга и ухудшать качество связи.

RIS отражает не только полезный сигнал. На её элементы попадают и посторонние радиоволны, поэтому поверхность способна вместе с нужной передачей усилить электромагнитные помехи. Это снижает скорость обмена данными и мешает точно определять координаты пользователей.

Ранее исследователи пытались подавлять помехи после их появления. Однако вместе с ними часто ослабевал и полезный сигнал. Кроме того, обработка ложилась на базовую станцию, которой приходилось выполнять большой объём цифровых вычислений. Это увеличивало энергопотребление сети.

Авторы новой работы предложили другой подход. Их система сначала анализирует электромагнитную обстановку и определяет статистические особенности помех. Исследователи называют такой набор признаков своеобразным отпечатком интерференции.

Затем система последовательно проверяет разные направления луча и находит конфигурацию с наиболее сильным полезным сигналом. Полученные данные передаются алгоритму, управляющему элементами RIS. После этого поверхность перенаправляет радиоволны с учётом обнаруженных помех.

Разработчики назвали метод EMI-aware framework, то есть системой, учитывающей электромагнитные помехи. Она не пытается просто вычесть интерференцию из уже принятого сигнала. Вместо этого RIS заранее изменяет путь радиоволн, чтобы помехи меньше влияли на приём.

По словам соавтора работы Джалила Казима, такой подход сокращает объём обработки на стороне базовой станции. Часть задачи выполняет сама интеллектуальная поверхность, установленная в окружающей среде.

«Разместив интеллектуальную поверхность в окружающем пространстве, мы можем изменить путь сигнала так, чтобы справиться с помехами ещё до того, как они достигнут базовой станции», — объяснил Казим.

Для лабораторного испытания исследователи использовали RIS, состоящую более чем из четырёх тысяч элементов. Они были расположены в виде сетки 64 на 64. Радиосигналы создавали программно определяемые радиосистемы, работавшие на частоте 3,5 ГГц. Этот диапазон применяется и в действующих сетях 5G.

В эксперименте участвовали пять приёмников, изображавших пользователей. Три находились внутри помещения и считались разрешёнными получателями. Ещё два разместили в коридоре за пределами лаборатории, где они имитировали потенциальных перехватчиков.

Алгоритм настроил поверхность так, чтобы энергия концентрировалась на трёх внутренних пользователях. Два устройства в коридоре при этом не получили пригодного для связи сигнала.

Одновременно система смогла определить местоположение всех пяти приёмников, включая два устройства за пределами комнаты. Этот результат показывает различие между передачей данных и зондированием: сеть может обнаруживать объект и оценивать его координаты, не предоставляя ему полноценный канал связи.

Во время испытаний RIS повысила скорость передачи данных для разрешённых пользователей и обеспечила точное определение их местоположения. Полученные результаты совпали с предварительными расчётами, выполненными в ходе компьютерного моделирования.

Исследователи также рассматривают направленную передачу как дополнительный механизм защиты. Когда энергия концентрируется в ограниченной области, перехватить сигнал за её пределами сложнее. Однако лабораторный эксперимент не доказывает полной защищённости технологии в реальных сетях, где присутствуют движущиеся устройства, отражения от множества объектов и более сложные источники помех.

«Наша поверхность может направлять сигнал пользователям, которым мы доверяем, и не передавать его тем, кому не доверяем», — заявил профессор Мухаммад Али Имран, один из соавторов исследования.

Авторы связывают дальнейшее развитие технологии с адаптивными сетями 6G, которые смогут автоматически реагировать на изменения среды. Однако представленная система пока проверена только в контролируемом лабораторном эксперименте на частоте 3,5 ГГц.