Physical Layer Design
Superfici Riflettenti Intelligenti
L'introduzione della quinta generazione (5G) delle reti di comunicazioni mobili sta rivoluzionando il modo in cui viviamo e lavoriamo, grazie al massiccio aumento della capacità di rete, alla sua bassissima latenza e alla possibilità di connettere centinaia di miliardi di dispositivi. Per ottenere tali risultati, ci si aspetta che le reti d di comunicazione di prossima geneazione (5G and beyond) utilizzino onde millimetriche e sub-terahertz (sub-THz). A tali frequenze, i segnali radio subiscono un'elevata attenuazione, a causa delle difficili condizioni di propagazione. Per risolvere questo problema sono state proposte soluzioni innovative per adattare dinamicamente l'ambiente alla comunicazione, in modo che l'interazione tra onde radio e oggetti sia controllata in modo programmabile. Ad esempio, superfici riflettenti intelligenti controllate elettronicamente e costituite da sottili strati di metamateriali potrebbero essere integrate all'interno delle pareti di una stanza o di un edificio, riflettendo le onde radio e focalizzandone in opportune aree, a seguito delle richieste della rete.
Queste meta-superfici sono tipicamente costituite da un gran numero di elementi energeticamente passivi controllati elettronicamente, chiamati anche meta-atomi, in grado di indurre un cambiamento di ampiezza/fase al segnale incidente. Tali superfici si comportano macroscopicamente come se fossero ruotate elettronicamente di un angolo programmabile.
In questo contesto, il nostro gruppo di ricerca sta sviluppando un modello matematico completo, che tiene conto di come l'orientamento elettronico delle superfici, il loro sfasamento e la precodifica del segnale influenzano la velocità di comunicazione della rete. Stiamo anche elaboranto tecniche innovative per scegliere ottimamente tali parametri e poi testarli in scenari su piccola scala.
Progetto di codifica di canale avanzata per sistemi di comunicazione di nuova generazione
Anche se le moderne tecniche di codifica hanno sostanzialmente raggiunto il tanto agognato limite di Shannon, in molti casi il progetto di sistemi di comunicazione di nuova generazione pone forti vincoli sulla fattibilità degli schemi di codifica e costringe a imporre un compromesso sempre più stringente tra prestazioni e complessità.
In tali applicazioni, non è sufficiente ideare tecniche di codifica in grado di fornire prestazioni prossime a quelle ottimali in condizioni ideali e quindi testarle in scenari pratici. Diventa obbligatorio incorporare i vincoli di implementazione nella progettazione del codice direttamente dall'inizio.
La vasta esperienza acquisita dai ricercatori IEIIT sulla progettazione dei codici di canale viene attualmente applicata a diversi domini, come le comunicazioni ottiche e i sistemi satellitari di navigazione globale, solo per citarne alcuni. Tale ricerca viene spesso svolta in collaborazione con aziende e istituzioni internazionali.
Comunicazioni basate su onde millimetriche (mmWave) in reti veicolari
Le comunicazioni basate su onde millimetriche (mmWave) rappresentano una possibile soluzione alla scarsità di capacità in reti veicolari. Tuttavia, questo tipo di comunicazioni richiedono un attento allineamento tra i beam di trasmettitore e ricevitore, che a sua volta richiede un'accurata conoscenza delle posizioni dei veicoli. È spesso poco pratico ottenere e aggiornare in tempo reale questo tipo di informazioni. Lo scopo della nostra ricerca è quello di usare le onde millimetriche in reti veicolari senza richiedere informazioni sulla posizione dei veicoli. L'intuizione base è che la mobilità veicolare è in gran parte dovuta a fattori esterni, come i semafori, e può dunque essere prevista con grande accuratezza. Per esempio, è possibile coordinare i beam delle antenne con i semafori, e dirigerli verso i veicoli fermi a un semaforo rosso, per sfruttare la maggiore densità di utenti. Le attività riconducibili a questa ricerca comprendono:
- sviluppo di modelli di comunicazione per reti a onde millimetriche, che tengano conto della distanza e della direzione dei veicoli, coniugando accuratezza e bassa complessità;
- usare questi modelli per definire strategie euristiche a bassa complessità;
- valutarne le prestazioni sfruttando tracce di mobilità reale.
