Интеллектуальные зеркала: прорыв для городского и загородного интернета
Фото: kommersant.ru
Ведущие российские ученые представили инновационную технологию интеллектуальных отражающих поверхностей для следующего поколения мобильной связи. Специалисты Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ), создали алгоритм, который призван кардинально повысить качество 5G и будущих сетей 6G. Благодаря этой разработке миллионы пользователей по всей стране могут рассчитывать на более стабильную, быструю и доступную связь — даже в условиях плотной городской застройки или в труднодоступных регионах.
Обычные радиосигналы, проходя через городские кварталы или стены зданий, часто теряют свою силу, из-за чего качество мобильного интернета и голосовой связи ощутимо снижается. Часто абоненты сталкиваются с тем, что сигнал становится слишком слабым либо полностью исчезает, образуя так называемые «мертвые зоны». Решение этой многолетней проблемы — интеллектуальные отражающие поверхности, которые способны перенаправлять радиоволны, позволяя сигналу «огибать» препятствия и достигать даже самых «сложных» точек.
Новая эра управления радиосигналом: оптимизация без сложностей
Ключевая особенность работы интеллектуальных отражающих поверхностей заключается в огромном количестве их миниатюрных управляемых элементов. Каждый из них должен быть точно настроен, чтобы вся система эффективно усиливала и направляла сигнал. Однако ранее существовавшие методы настройки требовали значительных вычислительных ресурсов и времени, а значит, не были практичны для широкого внедрения.
Разработанный российскими учеными алгоритм MCMC-SA (метод Марковских цепей Монте-Карло в связке с имитацией отжига) позволяет производить настройку этих элементов необычайно быстро и качественно. В отличие от традиционных подходов, которые зачастую просто перебирают всевозможные конфигурации, новый алгоритм обучается по мере работы — шаг за шагом приближаясь к оптимальному решению. Такая динамическая оптимизация делает технологию применимой как в простых и экономичных устройствах, так и в передовых голографических комплексах.
Главные преимущества умных поверхностей для 5G и 6G
Главное достоинство предложенного метода — его универсальность. Алгоритм одинаково хорошо справляется с простыми отражающими системами, где нужен только выбор между двумя состояниями (например, отражение или поглощение сигнала), и с многоуровневыми голографическими структурами, каждый элемент которых может принимать множества значений. Такой гибкий подход обеспечивает максимальное покрытие и стабильность связи даже при высокой плотности пользователей и сложных городских перепланировках.
Типичная настройка интеллектуальных отражателей требует масштабной и затратной процедуры оценки канала — вычисления всех параметров и сценариев прохождения сигнала. Новый алгоритм сразу же повышает качество передачи данных, буквально в процессе подстройки, что особенно актуально для динамично меняющихся условий городской среды или внутри больших зданий. Применение разработанного решения не требует изменения действующих стандартов связи: оно совместимо с уже развернутыми сетями, а значит, может быть внедрено максимально быстро и экономично.
Позитивные перспективы для всех сфер жизни
Благодаря российской научной инициативе, поддержанной РНФ, уже сейчас можно ожидать революционные перемены в сфере телекоммуникаций. Обладатели загородных домов смогут больше не волноваться о перебоях связи — стабильный интернет будет доступен даже на даче или в деревне. Офисные здания, где сигнал часто блокируется бетонными и металлическими перегородками, получат возможность поддерживать высокое качество видеозвонков, конференций и облачных сервисов. Врачи в отдалённых регионах смогут чаще консультироваться с коллегами и проводить телемедицинские операции без риска потери соединения. Более того, для сотрудников экстренных служб надёжная связь станет залогом быстрой и эффективной помощи при чрезвычайных ситуациях.
«Мы уверены, что эта разработка ускорит переход к повсеместному внедрению интеллектуальных отражающих поверхностей. На практике появится надежное соединение даже в тех местах, где раньше связь была нестабильна или отсутствовала совсем. Это сделает “умные” здания и города по-настоящему функциональными, а персональные и промышленные беспроводные сети — устойчивыми к внешним помехам и перегрузкам», — с оптимизмом отмечает Илья Буртаков, младший научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей №17 ИППИ РАН, лауреат президентской стипендии и один из ведущих участников проекта.
Взгляд в будущее: от теории к внедрению
Институт проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН совместно с коллегами продолжает работу над созданием и тестированием прототипов интеллектуальных отражающих поверхностей нового поколения. В ближайшие годы планируется обширное применение разработанного алгоритма в реальных условиях, как в крупных городах, так и в сельской местности. Ощутимый технологический прорыв станет возможен благодаря поддержке Российского научного фонда и активному участию молодых ученых под руководством Ильи Буртакова.
В перспективе данная разработка способна не только поднять российские сети 5G и 6G на качественно новый уровень, но и стать одним из экспортных технологических достижений страны. Внедрение интеллектуальных отражающих поверхностей сделает беспроводную связь максимально надежной, быстрой и энергоэффективной, а значит — подарит новые возможности миллионам пользователей и различным сферам экономики.
