Инновационное решение для стабильной беспроводной связи в городской среде
Российские ученые создали инновационный алгоритм для эффективной настройки интеллектуальных отражающих поверхностей, играющих ключевую роль в развитии сетей 5G. Этот алгоритм значительно улучшает качество и скорость беспроводной связи в условиях плотной городской застройки, где прямой сигнал между базовой станцией и абонентом часто затруднен. Важным преимуществом разработки является ее совместимость с существующими стандартами, поскольку технология использует уже применяемые сетевые сигналы, что упрощает внедрение. Исследование, поддержанное Российским научным фондом (РНФ), было опубликовано в научном издании IEEE Open Journal of the Communications Society.
Несмотря на повсеместное распространение беспроводной связи, операторы часто сталкиваются с проблемой неравномерного покрытия в городах и внутри помещений. Радиосигнал ослабевает или полностью блокируется препятствиями, такими как здания, что приводит к образованию так называемых «мертвых зон». Для решения этой задачи предлагаются интеллектуальные отражающие поверхности — устройства, состоящие из множества управляемых элементов, способных направленно перераспределять и усиливать сигнал. Главная сложность заключается в быстрой и точной настройке каждого элемента такой поверхности для достижения максимальной эффективности. Существующие методы требуют значительных вычислительных ресурсов и времени, что побуждает исследователей к поиску более совершенных решений.
Сотрудники Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН (Москва) представили алгоритм MCMC-SA, предназначенный для оптимизации работы «умных» отражающих поверхностей в сетях 5G и будущих 6G. В его основе лежат два мощных вероятностных метода: марковские цепи Монте-Карло и метод имитации отжига. Этот инновационный подход позволяет алгоритму эффективно находить наилучшую конфигурацию поверхности для передачи сигнала, не перебирая все возможные варианты, а обучаясь и адаптируясь в процессе. Это обеспечивает значительно более высокую скорость настройки по сравнению с традиционными методами, полагающимися на случайный поиск.
Процесс настройки алгоритмом MCMC-SA начинается с фазы широкого «исследования», где в конфигурацию поверхности вносятся крупные изменения для быстрого определения областей с наилучшим сигналом. После этого алгоритм переходит к более локализованной настройке, постепенно уточняя параметры для достижения максимально возможной мощности сигнала. Такой подход гарантирует, что качество связи начинает улучшаться уже на ранних этапах настройки, а не только по ее завершении.
Универсальность является одним из ключевых преимуществ разработанного алгоритма. Он одинаково эффективно функционирует как с простыми отражающими поверхностями, имеющими лишь два дискретных состояния (например, «включено/выключено»), так и с комплексными голографическими системами, где каждый элемент способен принимать множество различных состояний. Такая гибкость позволяет применять технологию в широком диапазоне приложений: от экономичных решений до высокотехнологичных систем следующего поколения.
Илья Буртаков, лауреат стипендии президента РФ и младший научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей №17 ИППИ РАН, участвовавший в проекте, поддержанном грантом РНФ, объясняет: «Созданный алгоритм ускоряет настройку „умных“ поверхностей и снижает затраты на сложную оценку канала связи. Это облегчит интеграцию таких поверхностей в существующие сети без необходимости изменения стандартов. В результате пользователи смогут наслаждаться стабильным интернетом на дачах, бесперебойными видеозвонками в офисах, врачи получат возможность проводить телемедицинские консультации без помех, „умные“ дома станут еще надежнее, а спасатели сохранят связь даже в чрезвычайных ситуациях. Следующим шагом станет тестирование алгоритма на прототипе интеллектуальной поверхности».
