La Universidad de Tsinghua desarrolla comunicaciones de bajo consumo basadas en RIS e IA para 6G

​Explorar MIMO Masivo para 6G

​Entrada múltiple, salida múltiple (MIMO) masiva es una de las técnicas más importantes utilizadas en 5G, que emplea cientos de antenas para lograr una alta velocidad de datos de varios Gbps. Para lograr un aumento de 10 veces en la velocidad de datos que puede ser necesario para 6G, MIMO masivo está evolucionando a MIMO ultra-masivo (UM-MIMO) con miles de antenas o incluso más. ​

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​Uno de los desafíos clave para 6G UM-MIMO son los inasequibles requisitos de consumo de energía. Los sistemas UM-MIMO existentes generalmente emplean arreglos en fase que requieren muchos módulos transceptores y desfasadores, lo que da como resultado un consumo muy alto de energía de hardware. Además, con un aumento significativo en el número de antenas y la velocidad de datos requerida, el consumo de energía de cómputo aumentará significativamente. ​ 

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​Crear un sistema de comunicación de bajo consumo

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​Para abordar este desafío, optimizando conjuntamente el hardware y el software, desarrollamos un sistema de comunicación de bajo consumo basado en superficies inteligentes reconfigurables (RIS) e inteligencia artificial (IA) para 6G. ​ 

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​Para el hardware, reemplazamos el arreglo en fase que consume mucha energía por un RIS de bajo consumo para reducir el consumo de energía del hardware. A diferencia de un arreglo en fase que utiliza antenas y desfasadores separados, RIS integra los desfasadores y el módulo de antena. Consiste en miles de meta materiales de sub-longitud de onda de baja potencia. Suficientes experimentos demuestran que RIS puede generar haces de alta ganancia con bajo consumo de energía. En nuestro sistema desarrollado, se emplea un RIS con 256 elementos en la estación base para reemplazar el arreglo en fase. Además, se emplea un RIS con 2,304 elementos como relé para ayudar a la comunicación con menor potencia de transmisión. ​

^{​Figura 1: 2,304 elementos RIS en el lado del relé.}

​Para el software, desarrollamos un diseño de transmisión basado en IA para reducir el consumo de energía de cómputo. Se utiliza un solo módulo de procesamiento de señales basado en la red neuronal para reemplazar los complejos y tradicionales módulos de procesamiento de señales, que incluyen modulación, demodulación, codificación de canales, decodificación, etc. ​

​Estas soluciones de hardware y software se han implementado en la plataforma de comunicación de onda milimétrica de NI para hacer una demostración de las posibles soluciones de bajo consumo para 6G.

^{​Figura 2: Constelación de comunicaciones basadas en IA.}

​Pasos siguientes

​En el futuro, nos enfocaremos en las comunicaciones de menor potencia con un arreglo de antenas a gran escala (ELAA), donde se debe considerar la propagación de campo cercano. Específicamente, diseñaremos e implementaremos técnicas de transmisión de campo cercano para ELAA con más de 1000 antenas.

Referencias:

M. Cui, Z. Wu, Y. Chen, S. Xu, F. Yang y L. Dai, "Demo: Comunicaciones de bajo consumo basadas en RIS e IA para 6G", en Proc. IEEE ICC 2022, mayo de 2022. (Premio a la demostración sobresaliente de IEEE ICC 2022)