Nouvelle surface reconfigurable inspirée de l’holographie développée pour la communication sans fil

Les surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) sont des structures techniques composées de plusieurs éléments appelés « méta-atomes », qui peuvent remodeler et contrôler les ondes électromagnétiques en temps réel. Ces surfaces pourraient contribuer au progrès des systèmes de communication et de localisation sans fil, car elles pourraient être utilisées pour rediriger, renforcer et supprimer les signaux de manière fiable.

Dans les applications conventionnelles du RIS pour la communication sans fil, chaque méta-atome est contrôlé par un système appelé « station de base », qui est connecté à la surface via des câbles électriques. Bien que les surfaces suivant cette conception puissent obtenir de bons résultats, leur dépendance à l’égard de câbles et d’une station de base pourrait empêcher ou limiter leur déploiement dans le monde réel.

Des chercheurs de l’Université Tsinghua et de l’Université du Sud-Est ont récemment développé un nouveau RIS qui se contrôle tout seul et n’a pas besoin d’être connecté à une station de base. Cette nouvelle surface, présentée dans un article publié dans Électronique naturelles’inspire de l’holographie, une méthode bien connue pour enregistrer et reconstruire le motif lumineux d’un objet afin d’en produire une image 3D.

“Nous voulions construire une surface intelligente reconfigurable (RIS) véritablement autonome pour les communications sans fil”, a déclaré Tie Jun Cui, auteur principal de l’article, à Tech Xplore. “Pour atteindre l’autonomie, ce système RIS doit s’appuyer sur des capteurs performants mais peu coûteux. Les capteurs que nous avons sélectionnés sont des détecteurs de puissance radiofréquence.”

Les détecteurs de puissance de fréquence sont des circuits électroniques qui mesurent la force d’un signal électromagnétique entrant. Les chercheurs ont exploité ces composants pour mesurer la répartition de la puissance des micro-ondes sur leur surface reconfigurable.

“Les détecteurs de puissance ne sont sensibles qu’à l’amplitude du signal, ce qui est analogue à un hologramme qui enregistre uniquement les informations sur l’amplitude d’un champ lumineux”, a déclaré Cui. “Ces techniques liées aux hologrammes peuvent nous aider à construire un RIS auto-contrôlé (SC-RIS) pour obtenir lui-même des informations environnementales avant de servir les utilisateurs de la communication.”

Comment fonctionne la nouvelle surface

Dans la conception RIS de l’équipe, une station de base et un utilisateur envoient des signaux radiofréquences (RF) cohérents à la surface reconfigurable. Ce signal produit un motif d’interférence aux caractéristiques uniques en surface, via un processus qui ressemble quelque peu à la création d’hologrammes.

“Si les deux sources bougent légèrement, ces bandes connaîtront un changement radical”, a expliqué Linglong Dai, l’autre auteur principal du journal. “Par conséquent, nous avons mis au point un algorithme de très faible complexité qui récupère la position en fonction de ces bandes. Ensuite, nous constatons que l’algorithme ne se soucie que de l’amplitude du motif d’interférence, donc matériellement, le capteur n’a besoin que de mesurer les composantes d’intensité. “

Une fois que la surface reconfigurable atteint l’emplacement d’un utilisateur, elle peut modifier la phase réfléchissante de chaque méta-atome. Cela lui permet de guider le signal provenant d’une station de base vers l’utilisateur, sans être physiquement connecté à cette station.

Par rapport aux conceptions conventionnelles, la conception des chercheurs réduit ainsi considérablement la complexité des systèmes RIS, éliminant ainsi le besoin de câbles de commande.

Vers des systèmes de communication sans fil plus intelligents

Lors des premiers tests, le RIS de l’équipe s’est révélé remarquablement performant, redirigeant avec succès les signaux micro-ondes reçus. À l’avenir, il pourrait être utilisé pour faire progresser l’infrastructure sans fil, en élargissant sa couverture et en permettant l’optimisation des communications en temps réel.

“Nous avons introduit une approche nouvelle et peu coûteuse pour l’autocontrôle des RIS, qui permet un déploiement massif des RIS pour les communications de la future génération”, a déclaré Dai. “Nous prévoyons que les RIS agiront comme des périphériques USB plug-and-play capables de servir de manière autonome les utilisateurs adjacents dans un réseau d’accès radio.”

Dai, Cui et leurs collègues tentent actuellement d’améliorer la conception RIS proposée et de valider davantage son potentiel pour des applications réelles. Ils travaillent par exemple sur des stratégies qui permettraient à plusieurs surfaces de coordonner leur activité pour servir plusieurs utilisateurs à la fois.

“Ces stratégies sont plus compliquées, puisque différents utilisateurs se trouvent dans des endroits différents, avec des exigences de débit de données différentes et des capacités matérielles différentes”, ont ajouté Cui et Dai. “Pour optimiser les déphasages de ces multiples SC-RIS, nous pourrions adopter des algorithmes décentralisés. Cela pourrait maximiser la qualité de service (QoS), tout en maintenant les frais de communication à un faible niveau.”

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