Inteligência Artificial para Comunicação Móvel Optimizada

Inteligência Artificial para Comunicação Móvel Optimizada

Enquanto muitos estados europeus estão actualmente configurando a quinta geração de comunicação móvel, os cientistas já estão trabalhando na sua optimização. Embora o 5G seja muito superior aos seus antecessores, mesmo o mais recente padrão de comunicação móvel ainda tem espaço para melhorias: Especialmente em áreas urbanas, onde é difícil uma linha de visão directa entre emissor e transceptor, o link de rádio ainda não funciona de maneira confiável. No recém-lançado Projecto ARIADNE da UE, onze parceiros europeus estão pesquisando como uma arquitectura de sistema avançada “além do 5G” pode ser desenvolvida usando bandas de alta frequência e inteligência artificial.

Uma grande vantagem do 5G são suas altas frequências e, consequentemente, sua alta taxa de transmissão, o que garante uma conexão quase livre de latência e rápida transferência de dados. No entanto, as altas frequências requerem um sistema direccionado, que na maioria dos casos depende de uma linha de visão (LOS). Isso significa que o transmissor e o receptor devem poder se ver. Infelizmente, o princípio LOS pode levar a problemas de conexão, especialmente em áreas urbanas e fortemente desenvolvidas.

Um dos problemas responsáveis ​​por esses problemas de conexão nas redes 5G locais é o efeito de cancelamento. Este efeito ocorre quando um sinal é transmitido através de uma conexão LOS e copiado simultaneamente através de reflexões. A cópia substitui o sinal do LOS e o cancela. O resultado: o sinal não chega ao receptor. Essa propagação de caminhos múltiplos via não linha de visão (NLOS) continua sendo um problema para o 5G, como ocorreu com o seu antecessor 4G. Por esse motivo, um dos principais objetivos da ARIADNE é o desenvolvimento de novos conceitos para um melhor controle dos cenários de LOS e NLOS, a fim de melhorar enormemente a confiabilidade dos links de comunicação móvel.

Maior eficiência e confiabilidade do 5G

O projecto da UE, com o título completo “Rede de banda D assistida por inteligência artificial para evolução a longo prazo 5G“, reúne parceiros de pesquisa e indústria de cinco países. O objetivo é desenvolver links de comunicação móvel eficientes em termos energéticos e confiáveis, com base nas frequências na banda D (130-174,8 GHz). Com sua largura de banda agregada de mais de 30 GHz, a banda D é perfeitamente adequada para transmissão rápida de dados. No entanto, essa nova banda usada é dividida em várias sub-bandas e requer uma adaptação da arquitectura do sistema usada anteriormente e o controle de rede correspondente.

O ARIADNE tem como objectivo criar um sistema de comunicação inteligente “além do 5G”, combinando uma arquitectura de rádio inovadora de alta frequência e um novo conceito de processamento de rede baseado em inteligência artificial. Até 2022, o consórcio do projecto planeia realizar e demonstrar um link de rádio com taxas de dados extremamente altas na faixa de 100 Gbit / s com latência quase zero. A União Europeia apoia o projeto como parte do programa Horizonte 2020. A ARIADNE concentra-se em três áreas principais de pesquisa: o desenvolvimento de componentes de hardware, a pesquisa de meta-superfícies e a adaptação do controle de rede baseado em inteligência artificial ou aprendizado de máquina.

Dispositivos para uma conexão confiável em Banda-D

O Fraunhofer IAF contribui com sua experiência no campo da eletrónica de alta frequência para o desenvolvimento de componentes de hardware: juntamente com parceiros, os cientistas de Freiburg estão desenvolvendo nova tecnologia de rádio para comunicação na banda D (139-174,8 GHz). “Nosso foco está no desenvolvimento de novos módulos de rádio com a mais alta eficiência espectral que capitalizam na diversidade de frequências e fornecem uma interface de controle para optimização na rede. Para esse propósito, usaremos nossa tecnologia InGaAs HEMT 20 nm em silício pela primeira vez. “, afirma o Dr. Thomas Merkle, cientista e gstor de projectos da Fraunhofer IAF.

Superfícies reflectoras

Para evitar distúrbios na rede nas conexões NLOS, a ARIADNE está pesquisando metassuperfícies e seu potencial para otimizar as conexões de rádio. As meta-superfícies são refletores ajustáveis ​​para ondas de rádio e destinam-se a combater problemas de processamento de rede em áreas urbanas. Quando não há linha de visão entre as estações de base nos telhados e os usuários nos desfiladeiros urbanos, as metassuperfícies refletem as ondas de rádio e, assim, garantem a propagação fora da linha de visão. Um controle de rede central gerenciará as metassuperfícies.

“O conceito de metassuperfícies já está sendo parcialmente utilizado em 5G, mas até agora apenas para baixas frequências. Quanto maiores as frequências do link de rádio, mais finas serão as microestruturas na superfície. Isso dificulta muito a produção de tais estruturas. para frequências na banda D “, explica Thomas Merkle. Por esse motivo, a equipe do projeto está pesquisando o desenvolvimento de metassuperfícies adequadas para altas frequências e produção industrial. Na Fraunhofer IAF, os cientistas estão trabalhando nas chamadas matrizes de reflexão. São pequenas metassuperfícies em antenas usadas para direcionar e focalizar feixes.

Controle de rede baseado em IA

Para fornecer um link de rádio constante e confiável em todas as condições climáticas, métodos de aprendizagem de máquina e inteligência artificial (IA) serão utilizados para a gestão da rede. Actualmente, métodos matemáticos clássicos são usados ​​para a maioria dos sistemas de gestão de rádio móvel. O ARIADNE empregará algoritmos baseados em IA para soluções de problemas em radiocomunicação. Enquanto a aprendizagem de máquina visa uma análise profunda dos dados, a IA servirá para desenvolver um sistema de controle de rede que não apenas detecte e reaja a problemas, mas também possa prever e evitá-los.

O objectivo final dos parceiros do projecto é reunir os módulos individuais do projecto num sistema de teste e demonstrar sua funcionalidade. No final do projecto, eles querem apresentar dois demonstradores como resultado de sua pesquisa: O primeiro demonstrador deve alcançar uma conexão confiável acima de 100 metros com uma taxa de dados de 100 Gbit / s em qualquer condição climática. O segundo demonstrador pretende ser uma prova de conceito em condições de laboratório, para mostrar como uma meta-superfície pode melhorar a condição de propagação de transmissões de rádio. Isso deve provar a funcionalidade das meta-superfícies em altas frequências no laboratório. Nesse ponto, o desenvolvimento do software deve demonstrar que o sistema de controle de rede baseado em IA pode aumentar a confiabilidade de toda a rede de banda D e garantir o controle das meta-superfícies.

Fonte: Fraunhofer IAF

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