Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году в рамках проекта были успешно достигнуты ключевые цели первого года, что подтверждается серией публикаций в ведущих международных журналах, таких как IEEE Access, IEEE Open Journal of the Communications Society и IEEE Wireless Communications Letters. Работы велись по трём взаимосвязанным направлениям: фундаментальное исследование взаимного влияния между элементами поверхности, разработка программных моделей для системного анализа и создание эффективных алгоритмов формирования сигнала в H-MIMO-поверхностях. Одним из фундаментальных отличий H-MIMO от классических систем является сильное взаимное влияние между плотно расположенными антенными элементами. Для его исследования было проведено сравнение двух подходов к моделированию взаимного влияния в H-MIMO-поверхностях, состоящих из дипольных излучателей. Выяснилось, что аналитическая модель матрицы взаимного влияния, основанная на попарном расчёте, имеет ограничения при малых расстояниях между элементами (меньших длины волны), в то время как прямое электродинамическое моделирование в CST Microwave Studio даёт более точные результаты. Для экспериментальной верификации характеристик элементарных ячеек H-MIMO был разработан метод с использованием волноводов, изготовленных методом 3D-печати. Этот подход позволил гибко задавать расстояния между исследуемыми ячейками и непосредственно измерять их характеристики, включая взаимное влияние, в различных состояниях. Созданный волноводный стенд продемонстрировал высокую точность, сопоставимую с коммерческими образцами. Параллельно, в рамках предварительных исследований, была успешно опробована технология изготовления самих антенных ячеек методом 3D-печати с последующей металлизацией. Новая конструкция с воздушными полостями показала увеличение рабочей полосы в 1,4 раза и снижение себестоимости более чем в 5 раз, открывая путь к созданию экономичных и широкополосных прототипов H-MIMO-поверхностей с ограниченным числом радиомодулей. Полученные знания о взаимном влиянии стали основой для создания программной платформы имитационного моделирования H-MIMO-систем. На базе разработанной ранее коллективом исполнителей платформы QRIS была создана расширенная модель, интегрированная в геометрическую стохастическую модель радиоканала. Её ключевой особенностью стала поддержка различных моделей взаимного влияния — от упрощённой для изотропных излучателей до интерфейса для импорта точных матриц, рассчитанных в CST Studio. Эта платформа позволяет проводить комплексный анализ производительности H-MIMO в реалистичных сценариях с учётом ранее игнорируемых эффектов взаимной связи. Наличие точной модели и понимание физических ограничений позволили перейти к разработке алгоритмов формирования сигналов H-MIMO-поверхностями. Поскольку реальные H-MIMO-поверхности обладают дискретным набором фазовых состояний, а плотное расположение элементов порождает множество локальных экстремумов в целевой функции, традиционные методы непрерывной оптимизации оказываются неэффективными. Для решения данной задачи был разработан и исследован новый алгоритм SAMC (Simulated Annealing Markov Chain), основанный на комбинации метода Марковских цепей Монте-Карло и имитации отжига. Показано, что SAMC значительно превосходит подходы, основанные на непрерывной оптимизации с последующей грубой дискретизацией, особенно в условиях сильного взаимного влияния. Алгоритм демонстрирует устойчивость, эффективно находит решения, близкие к глобальному оптимуму, и обеспечивает многократный прирост мощности сигнала на приёмнике. Важным фактором прогресса стало международное сотрудничество с научным коллективом Шанхайского университета транспорта. Совместная работа в 2025 году была сфокусирована на подготовке совместных научных публикаций на 2026 год, обмене компетенциями (в частности, в области применения машинного обучения для анализа интерференции) и планировании дальнейших исследований. Таким образом, за отчётный период был выполнен полный цикл исследований: от фундаментального изучения и экспериментального измерения физических эффектов через создание комплексной имитационной модели до разработки и тестирования передовых алгоритмов управления. Эти результаты формируют прочный фундамент для работ 2026 года, которые будут посвящены разработке архитектур H-MIMO с ограниченным числом радиомодулей, интеграции более сложных моделей в платформу, адаптации методов мультиплексирования и оптимизации вычислительной сложности алгоритмов формирования сигналов. Информация о результатах проекта также представлена в СМИ: https://new.ras.ru/activities/news/umnye-zerkala-stali-na-40-effektivnee-blagodarya-3d-pechati/