RIS enabled reliable and efficient wireless communications
Run time: 01.25 – 12.27
Abstract: Rekonfigurierbare intelligente Oberflächen (RIS) ermöglichen die Steuerung der Funkwellenausbreitung in Innenräumen, um eine hohe Zuverlässigkeit und verbesserte Abdeckung bei geringem Stromverbrauch für eine Vielzahl von Anwendungsfällen in der drahtlosen Kommunikation zu erreichen, wie beispielsweise medizinische Bildgebung in Krankenhäusern, kombinierte Kommunikation und Sensorik, fortschrittliche industrielle Fertigungssysteme oder abhörsichere Kommunikationsverbindungen.
Das RISILIENT-Projekt konzentriert sich auf eine bahnbrechende neue Technologie für energieeffiziente und zuverlässige drahtlose Kommunikationssysteme in Innenräumen mit einer Reichweite von etwa 50 m bis 100 m. Millimeterwellenfrequenzen (mmWave) von 24 GHz bis 30 GHz sind eine vielversprechende Lösung für die oben genannten Anwendungsfälle. Hindernisse zwischen der Basisstation und dem mobilen Gerät können mmWave-Signale jedoch stark dämpfen und so die Zuverlässigkeit der Datenkommunikation beeinträchtigen. Daher führen wir eine radikale Innovation ein, indem wir ein aktives RIS-Proof-of-Concept (PoC) sowohl als intelligenten Reflektor als auch als steuerbare Antenne in einer mmWave-Basisstation einsetzen. In beiden Fällen wird die Architektur des Funksystems geändert, um den Stromverbrauch deutlich zu senken.
Ein aktives RIS besteht aus vielen kleinen Antennenelementen und kann während des Betriebs ankommende Funksignale in eine gewünschte Richtung reflektieren und verstärken. Ein aktives RIS kann an der Decke oder an Wänden montiert werden, um einstellbare Funkausbreitungswege zwischen der Basisstation und mobilen Geräten zu schaffen. Diese räumliche Selektionsdiversität ermöglicht es, Hindernisse zu umgehen. Darüber hinaus erhöht ein aktives RIS als Teil einer Basisstation die Effizienz und Leistung der mmWave-Verstärker und der steuerbaren Richtantenne. Ein digitaler Zwilling wird eingesetzt, um diese beiden innovativen Ansätze weiter zu analysieren und RIS-Steuerungsalgorithmen zu entwerfen.
Ein aktives RIS ist ein grundlegend neuer Baustein für drahtlose Kommunikationssysteme, der große Energieeinsparungen ermöglicht, indem herkömmliche, stromhungrige Basisstationen oder Relais durch RIS-Komponenten mit geringem Stromverbrauch ersetzt werden. Das Funktionsprinzip des RIS ist unabhängig von der Kommunikationstechnologie, sodass es eine lange Lebensdauer hat und die Menge an Elektronikschrott reduziert.
In RISILIENT werden wir mmWave-Messungen in einem Anwendungsfall in einer Fabrik durchführen und einen RIS-Prototyp in einer neuen mmWave-Basisstationsarchitektur einsetzen. Die gesammelten Daten werden zur Verbesserung des RIS-Designs, der RIS-Steuerungsalgorithmen und des digitalen Zwillings verwendet. Die Entwicklung eines digitalen Zwillings ermöglicht eine gezieltere Forschung zu Methoden und Algorithmen in Mobilkommunikationsszenarien.
Im Rahmen von RISILIENT werden wir das Know-how des AIT Austrian Institute of Technology im Bereich fortschrittlicher grüner drahtloser Kommunikationssysteme der nächsten Generation mit dem Know-how der Siemens AG Austria im Bereich der drahtlosen Kommunikation für kostengünstige Automatisierungs- und Steuerungssysteme kombinieren. Das Projektkonsortium wird eine robuste 5G-mmWave-Industriekommunikationstechnologie untersuchen, bei der die technologische Souveränität Europas gewahrt bleibt, da die zentralen RIS-Komponenten aus mehreren europäischen Quellen bezogen werden können.
Wichtigste Auswirkungen des Projekts: 95 % der RIS-Komponenten stammen aus europäischen Quellen, RIS-basierte mmWave-Kommunikationssysteme weisen einen um 50 % geringeren Energieverbrauch, um 40 % niedrigere Geräte- und Installationskosten sowie eine 100-mal höhere Zuverlässigkeit auf.
