Las superficies inteligentes reconfigurables serán esenciales para la 6G

Las superficies inteligentes reconfigurables, similares a los «espejos inteligentes», tienen la capacidad de convertir paredes y superficies ordinarias en elementos inteligentes para la comunicación inalámbrica. Y esto será crucial para la 6G.

Es mucho más probable que las ondas de mayor frecuencia utilizadas por las redes 6G sean absorbidas, reflejadas o dispersadas por obstáculos como edificios, vehículos y árboles. Por tanto, las bandas de frecuencias más altas no pueden beneficiarse de los efectos multitrayecto que experimentan las bandas de frecuencias más bajas. Como resultado, existe una gran preocupación por la aplicación de servicios 6G de alta frecuencia en zonas urbanas y otras zonas con obstáculos.

Históricamente, los problemas de interferencias se han resuelto desarrollando transmisores y receptores más eficientes, como los MIMO (múltiple entrada y múltiple salida), así como compensando las pérdidas de señal en los puntos extremos de un canal de radio. Sin embargo, los operadores han empezado a llegar a los límites de estas soluciones, lo que les obliga a innovar nuevas soluciones para las aplicaciones 6G de alta frecuencia.

En concreto, los operadores también deben empezar a crear un entorno electromagnético inteligente para mitigar los efectos de las interferencias en las frecuencias más altas. Para ello, será clave el desarrollo de las RIS (Superficies Inteligentes Reconfigurables), que utilizan metamateriales para diseñar canales inalámbricos.

Los metamateriales son materiales compuestos sintéticos con propiedades electromagnéticas únicas. Los RIS están formados por cientos de miles de elementos metamateriales llamados celdas unitarias, que constan de capas metálicas y dieléctricas, además de al menos un interruptor u otro componente ajustable. Estas celdas unitarias se activan o desactivan para determinar cómo ajustará el SIF las propiedades de las ondas, como la fase, la polarización y la amplitud, a medida que cada onda es reflejada o refractada por la superficie.

Es más, desplegando los SIF es posible establecer un entorno inalámbrico inteligente:

1 – ampliar la cobertura de la señal en entornos inalámbricos complejos – En escenarios en los que el enlace directo del transmisor al receptor es demasiado débil debido a bloqueos, se pueden desplegar los SIF para proporcionar un enlace reflejado adicional y construir comunicaciones inalámbricas.

2 – aumentar la eficiencia del espectro: los SIF pueden reforzar el enlace de extremo a extremo entre el transmisor y el receptor. Como el ruido introducido por los SIF es despreciable, las señales deseadas pueden llegar al receptor con gran potencia, mejorando la capacidad del canal.

3 – garantizar la eficiencia energética, sin necesidad de componentes de RF de alta potencia, como un amplificador de potencia, ADC/DAC, etc. – RIS refleja pasivamente las señales incidentes con un bajo consumo de energía.

En resumen, un RIS es similar a un relé full-duplex natural, pero con un consumo de corriente continua casi nulo, lo que ofrece una solución prometedora para las comunicaciones de bajo consumo. Gracias a su alta ganancia matricial, bajo coste y bajo consumo, se espera que los RIS amplíen enormemente la cobertura de la señal, mejoren la capacidad del sistema y aumenten la eficiencia energética.

A medida que se vayan aclarando las normas 6G para 2025, la tecnología RIS debe considerarse una prioridad inmediata para el desarrollo. Sin embargo, debido a las amplias zonas geográficas de algunas redes 6G, los operadores deben implantar la IA para supervisar y ajustar la configuración de los RIS en tiempo real, a fin de maximizar las ventajas de la tecnología.

El uso de espectro de alta frecuencia en 6G será la principal tecnología habilitadora para ofrecer velocidades de transferencia 100 veces más rápidas que las actuales redes 5G. Sin embargo, como las tecnologías celulares nunca antes habían utilizado bandas espectrales en este rango, la preocupación más acuciante de los operadores es minimizar estas interferencias en la red o arriesgarse a crear una red 6G poco fiable.

Primero, los SIF se ocuparán de los subterrahercios y luego añadirán los terahercios, el infrarrojo cercano y las frecuencias ópticas. Incluso mejorarán las estaciones base y aparecerán en la estratosfera en drones solares ociosos. Hay rápidos avances en la fabricación de materiales RIS inteligentes capaces de 360 grados en todas direcciones, invisibles, duraderos, autoadaptables, autoalimentados e incluso multifuncionales, añadiendo detección, posicionamiento, funcionamiento de dispositivos cliente sin alimentación y otros casos de negocio.

Consejos de expertos

Para utilizar eficazmente los RIS con el fin de reducir el impacto de las interferencias en los servicios 6G de frecuencia más alta, Juniper Research recomienda que los operadores desarrollen modelos para cartografiar las zonas de cobertura e identificar la ubicación óptima de las unidades RIS en las zonas urbanas. Estos modelos permitirán a los operadores realizar análisis de coste-beneficio de los despliegues RIS, asegurándose de que existe una justificación comercial para despliegues específicos. Estos análisis deben tener en cuenta la disparidad de precios de la conectividad para las empresas y los consumidores, pues de lo contrario el rendimiento de la inversión para los operadores en despliegues RIS podría calcularse incorrectamente.

Además, antes del despliegue, los operadores y proveedores deben explorar distintos diseños de RIS para poder optimizar su impacto en distintos contextos, como distintas bandas de frecuencia y entornos. Esto permitirá a los operadores ofrecer servicios 6G a frecuencias más altas de forma más eficiente en diversas circunstancias, como en interiores, maximizando así los ingresos.