КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-79-10279

НазваниеИнтеллектуальная отражающая поверхность миллиметрового волнового диапазона для систем связи нового поколения

Руководитель Шураков Александр Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский педагогический государственный университет" , г Москва

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-701 - Электронная элементная база информационных систем

Ключевые слова интеллектуальная отражающая поверхность, миллиметровая волна, система связи, сеть 6G

Код ГРНТИ49.13.13

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
На сегодняшний день сети связи пятого поколения (5G) уже достигли стадии коммерческой реализации [1]. С целью дальнейшего увеличения скоростей и надежности передачи данных научное сообщество и промышленность сконцентрированы на разработках технологий для сетей связи шестого поколения (6G) [2]. Одной из активно развивающихся технологий является интеллектуальная отражающая поверхность (IRS) [3-6], позволяющая существенно улучшить качество связи в случае блокировки линии прямой видимости между передатчиком и приемником [7]. Использование IRS позволяет существенно снизить энергопотребление при передаче данных в сравнении с использованием технологии связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO). В общем случае IRS представляет собой матрицу электрически управляемых элементов, используемых для локальной подстройки фазы падающей волны. В случае 1-битного разрешения по сдвигу фазы при отражении волны, когда каждый элемент IRS имеет только два состояния +0 и +180 градусов, может наблюдаться заметное снижение направленности отраженного пучка из-за присутствия существенных фазовых ошибок [8,9]. Увеличение фазового разрешения позволяет улучшить характеристики IRS, но приводит к увеличению сложности и стоимости ее изготовления. Оптимальное сочетание цена-качество для IRS достигается при использовании в ее составе элементов с 2-битным фазовым разрешением [8,10]. На сегодняшний день в литературе представлено лишь несколько работ по IRS с 2-битным фазовым разрешением элементов [10-13], и нет работ по данным устройствам с рабочими частотами выше 30 ГГц. Таким образом, открытым остаётся вопрос о возможности использования существующих конструкций IRS с 2-битным фазовым разрешением элементов на частотах выше 100 ГГц в силу необходимости существенной миниатюризации. Новизна настоящего проекта связана с проектированием, изготовлением и измерением характеристик IRS с центральной рабочей частотой 140 ГГц. Ключевой элемент IRS (фазовращатель) будет представлять собой патч-антенну, в металлизации экрана которой реализована крестообразная щелевая структура. Распределение токов в окрестности щелевой структуры задается конфигурацией интегрированных с ней диодных ключей и определяет сдвиг фазы при отражении миллиметровой волны. В свою очередь, угол отражения от IRS определяется конфигурацией фазовращателей в ее составе. В рамках проекта будут разработаны конструкции матриц фазовращателей с 1- и 2-битным фазовым разрешением, обеспечивающие эффективное управление профилем отраженного от IRS пучка. Будут также сформулированы требования к модификации разработанных технологий для создания 3GPP-совместимой IRS для систем и сетей связи 6G. [1] M. Patzold, “It’s time to go big with 5G mobile radio,” IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 13, no. 4, pp. 4–10, 2018. [2] W. Saad, M. Bennis, and M. Chen, “A vision of 6G wireless systems: Applications, trends, technologies, and open research problems,” arXiv preprint arXiv:1902.10265, 2019. [3] C. Huang, A. Zappone, G. C. Alexandropoulos, M. Debbah, and C. Yuen, “Reconfigurable intelligent surfaces for energy efficiency in wireless communication,” IEEE Transactions on Wireless Communications, 2019. [4] S. Hu, F. Rusek, and O. Edfors, “Beyond massive MIMO: The potential of data transmission with large intelligent surfaces,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 66, no. 10, pp. 2746–2758, 2018. [5] Sha Hu, Fredrik Rusek, and Ove Edfors, “Beyond massive MIMO: The potential of positioning with large intelligent surfaces,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 66, no. 7, pp. 1761–1774, 2018. [6] M. Cui, G. Zhang, and R. Zhang, “Secure wireless communication via intelligent reflecting surface,” IEEE Wireless Communications Letters, 2019. [7] Q. Wu and R. Zhang, “Towards smart and reconfigurable environment: Intelligent reflecting surface aided wireless network,” IEEE Communications Magazine, to appear, 2019 (arXiv preprint arXiv:1905.00152). [8] B. Wu, A. Sutinjo, M. E. Potter, and M. Okoniewski, ``On the selection of the number of bits to control a dynamic digital MEMS reflectarray,'' IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 7, pp. 183-186, Mar. 2008. [9] H. Yang, F. Yang, S. Xu, M. Li, X. Cao, J. Gao, and Y. Zheng, ``A study of phase quantization effects for reconfigurable reflectarray antennas,'' IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 16, pp. 302-305, 2017. [10] R. Pereira, R. Gillard, R. Sauleau, P. Potier, T. Dousset, and X. Delestre, ``Four-state dual polarisation unit-cells for reflectarray applications,'' Electron. Lett., vol. 46, no. 11, p. 742, 2010. [11] R. Pereira, R. Gillard, R. Sauleau, P. Potier, T. Dousset, and X. Delestre, ``Dual linearly-polarized unit-cells with nearly 2-Bit resolution for reflectarray applications in X-Band,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 12, pp. 6042-6048, Dec. 2012. [12] P. Nayeri, F. Yang, and A. Z. Elsherbeni, Reflectarray Antennas: Theory, Designs, and Applications. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2018. [13] X. Yang, S. Xu, F. Yang, and M. Li, ``A novel 2-bit reconfigurable reflectarray element for both linear and circular polarizations,'' in Proc. IEEE Int. Symp. Antennas Propag. USNC/URSI Nat. Radio Sci. Meeting, Jul. 2017, pp. 2083-2084.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---