Superfícies Inteligentes Reconfiguráveis ​​serão essenciais para o 6G

Superfícies inteligentes reconfiguráveis, semelhantes a “espelhos inteligentes”, têm a capacidade de transformar paredes e superfícies comuns em elementos inteligentes para comunicação sem fio. E isso será crucial para o 6G.

As ondas de frequência mais alta utilizadas pelas redes 6G têm muito mais probabilidade de serem absorvidas, refletidas ou espalhadas por obstáculos, como prédios, veículos e árvores. Portanto, as bandas de frequência mais alta não podem se beneficiar dos efeitos de caminhos múltiplos experimentados pelas bandas de frequência mais baixa. Como resultado, existem preocupações significativas sobre a aplicação de serviços 6G de alta frequência em áreas urbanas e outras áreas com obstáculos. 

Historicamente, os problemas de interferência têm sido resolvidos por meio do desenvolvimento de transmissores e receptores mais eficientes, como o MIMO (Multiple Input and Multiple Output), bem como pela compensação de perdas de sinal nos pontos finais de um canal de rádio. No entanto, as operadoras começaram a atingir os limites dessas soluções, exigindo que as operadoras inovem em novas soluções para aplicativos 6G de alta frequência.

Especificamente, as operadoras também devem começar a criar um ambiente eletromagnético inteligente para atenuar os impactos da interferência em frequências mais altas. Para isso, o desenvolvimento de RIS (Reconfigurable Intelligent Surfaces, superfícies inteligentes reconfiguráveis), que usam metamateriais para projetar canais sem fio, será fundamental. 

Metamateriais são materiais compostos sintéticos, com propriedades eletromagnéticas exclusivas. RIS são formadas por centenas de milhares de elementos metamateriais chamados de células unitárias, que consistem em camadas metálicas e dielétricas, além de pelo menos um interruptor ou outro componente ajustável. Essas células unitárias são ligadas ou desligadas para determinar como o RIS ajustará as propriedades das ondas, como fase, polarização e amplitude, à medida que cada onda é refletida ou refratada pela superfície.

Além disso, com a implantação de RIS é possível estabelecer um ambiente sem fio inteligente que:

1 – amplie a cobertura do sinal em ambientes sem fio complexos – Em, cenários em que o link direto do transmissor para o receptor é muito fraco devido a bloqueios, RIS podem ser implantados para fornecer um link refletido adicional e construir as comunicações sem fio. 

2 – aumente a eficiência do espectro – RIS podem fortalecer o link de ponta a ponta entre o transmissor e o recepto. Como o ruído introduzido pelos RISs é insignificante, os sinais desejados podem chegar ao receptor com alta potência, melhorando a capacidade do canal.

3 – assegure eficiência energética, sem a necessidade de componentes de RF de alta potência, como amplificador de potência, ADC/DAC, etc – RIS refletem passivamente os sinais incidentes com baixo consumo de energia. 

Em resumo, um RIS é semelhante a um relé full-duplex natural, mas com consumo quase nulo de energia de corrente contínua, o que oferece uma solução promissora para comunicações de baixa potência. Beneficiando-se de seu alto ganho de matriz, baixo custo e baixo consumo de energia, espera-se que RIS ampliem muito a cobertura do sinal, melhorem a capacidade do sistema e aumentem a eficiência energética.

Como os padrões 6G se tornarão mais claros em 2025, a tecnologia RIS deve ser considerada uma prioridade imediata para o desenvolvimento. Entretanto, devido às amplas áreas geográficas de algumas redes 6G, as operadoras devem implementar a IA para monitorar e ajustar a configuração do RIS em tempo real para maximizar os benefícios da tecnologia. 

O uso do espectro de alta frequência no 6G será a principal tecnologia capacitadora para o fornecimento de velocidades de transferência 100 vezes maiores do que as redes 5G atuais. No entanto, como as tecnologias celulares nunca usaram bandas de espectro nessa faixa antes, a preocupação mais urgente das operadoras é minimizar essa interferência na rede ou correr o risco de criar uma rede 6G não confiável.

Primeiro, RIS lidarão com subterrahertz e, em seguida, adicionarão terahertz, infravermelho próximo e frequências ópticas. Aprimorarão até mesmo as estações rádio-base e aparecerão na estratosfera em drones solares ociosos. Há um rápido progresso na fabricação de materiais inteligentes RIS com capacidade para 360 graus em todas as direções, invisíveis, duradouros, autoadaptativos, autoalimentados e até mesmo multifuncionais, acrescentando sensoriamento, posicionamento, operação de dispositivos clientes não alimentados e outros casos de negócios.

Conselho de especialista

Para utilizar os RIS de forma eficaz a fim de reduzir o impacto da interferência nos serviços 6G de frequência mais alta, a Juniper Research recomenda que as operadoras desenvolvam modelos que permitam mapear as áreas de cobertura e identificar a colocação ideal das unidades RIS em áreas urbanas. Esses modelos permitirão que as operadoras realizem análises de custo-benefício para implantações de RIS, garantindo que haja uma justificativa comercial para implantações específicas. Essas análises devem levar em conta a disparidade de preços da conectividade para empresas e consumidores, pois, caso contrário, o retorno do investimento das operadoras nas implantações de RIS poderá ser calculado incorretamente. 

Além disso, antes da implementação, as operadoras e os fornecedores devem explorar diferentes designs de RIS, para que possam otimizar seu impacto em diferentes contextos, como diferentes bandas de frequência e ambientes. Isso permitirá que as operadoras ofereçam serviços 6G em frequências mais altas com mais eficiência em várias circunstâncias, como em ambientes fechados, maximizando assim a receita.