Avanzamenti nella Sensibilizzazione Integrata e Comunicazione con RIS Attivi

La tecnologia Integrated Sensing and Communication (ISAC) è una novità che permette ai dispositivi di rilevare e comunicare allo stesso tempo. Si fa tutto da un'unica piattaforma, risparmiando spazio e risorse per hardware e spettro. Con sempre più dispositivi connessi alle reti, è sempre più importante poter percepire l'ambiente mantenendo la Comunicazione.

Una novità interessante in questo ambito è l'uso delle superfici intelligenti riconfigurabili (RIS). Queste superfici possono modificare il modo in cui riflettono i segnali, creando un percorso virtuale di linea di vista che aiuta a superare gli ostacoli che bloccano i segnali. Aggiungendo più opzioni per la gestione dei segnali, le RIS possono migliorare le prestazioni complessive dei sistemi di comunicazione.

#Problemi con le RIS Passive e l'Ascesa delle RIS Attive

Sebbene le RIS passive abbiano mostrato vantaggi, presentano anche delle limitazioni. Un grande svantaggio è il fenomeno della fading moltiplicativa, che significa che i segnali riflessi dalle RIS passive possono indebolirsi significativamente, specialmente se non ci sono collegamenti diretti con la sorgente. Questo può limitare le prestazioni del sistema quando il segnale deve viaggiare su lunghe distanze o quando ci sono ostacoli.

Per risolvere questo problema, i ricercatori stanno sviluppando le RIS attive. A differenza delle RIS passive, che riflettono solo i segnali in arrivo, le RIS attive possono anche amplificare i segnali. Ogni parte delle RIS attive ha il proprio amplificatore che potenzia i segnali deboli, migliorando così le prestazioni in diverse situazioni.

#Il Ruolo delle RIS Attive nei Sistemi ISAC

In questo contesto, le RIS attive possono apportare miglioramenti significativi sia nella rilevazione radar che nella comunicazione. Progettando la trasmissione dei segnali e il modo in cui le RIS attive li riflettono, possiamo assicurarci che il sistema radar rilevi efficacemente i bersagli e soddisfi anche le esigenze di comunicazione degli utenti.

L'obiettivo è massimizzare l'uscita del segnale radar garantendo che gli utenti della comunicazione ricevano la qualità del servizio richiesta. Questo implica progettare con attenzione i segnali inviati e come vengono ricevuti.

#Modello di Sistema e Configurazione

In una configurazione tipica di ISAC assistita da RIS attive, abbiamo una base (BS) che comunica con più utenti e rileva potenziali bersagli, anche quando i collegamenti di comunicazione diretti sono bloccati. La BS ha antenne che possono sia inviare che ricevere segnali contemporaneamente.

I segnali inviati sono una miscela di simboli di comunicazione destinati agli utenti e segnali radar. Questi segnali sono progettati per lavorare insieme, migliorando le prestazioni complessive. I segnali viaggiano dalla BS alle RIS e poi agli utenti, passando attraverso diversi canali, che possono influenzare anche la qualità del segnale.

Poiché le RIS attive possono riflettere i segnali con fasi personalizzate e potenziarne la forza, possono giocare un ruolo cruciale nel migliorare la qualità di ricezione dei segnali radar e di comunicazione.

#Ottimizzazione dei Segnali

Per ottenere i migliori risultati, dobbiamo ottimizzare tre componenti principali: la trasmissione dei segnali dalla BS, come le RIS attive riflettono quei segnali, e il processo di filtraggio utilizzato per ricevere i segnali radar.

Questa ottimizzazione è difficile a causa della complessità dei segnali e della necessità di soddisfare molteplici requisiti contemporaneamente. Quindi, la suddividiamo in problemi più piccoli e gestibili. Risolvendo questi problemi uno alla volta, possiamo migliorare le prestazioni complessive in modo efficace.

#Progettazione del Filtro di Ricezione

Una volta trasmessi e riflessi i segnali, dobbiamo filtrare i segnali ricevuti per migliorarne la qualità. La progettazione ottimale per il filtro di ricezione può essere calcolata utilizzando tecniche che determinano il modo migliore di gestire i segnali ricevuti per massimizzare la qualità.

#Progettazione della Trasmissione Beamforming

In seguito, è importante concentrarsi su come la BS trasmette i segnali. Progettiamo il processo di trasmissione mantenendo costanti il filtro di ricezione e l'impostazione di riflessione. Comprendendo come massimizzare la qualità del segnale trasmesso, possiamo ottenere migliori prestazioni nella ricezione dei segnali radar.

#Progettazione dei Coefficienti di Riflessione

Dopo aver ottimizzato il filtro di ricezione e il processo di trasmissione, ci concentriamo su come le RIS attive riflettono i segnali. Questa progettazione deve considerare vari fattori, incluso quanto potere consumerà la riflessione.

I coefficienti di riflessione determinano quanto del segnale viene riflesso agli utenti e al radar. Stringendo i vincoli, possiamo sviluppare un processo più semplice per ottimizzare questi coefficienti.

#Vantaggi dell'Utilizzo delle RIS Attive

Utilizzare le RIS attive può offrire miglioramenti sostanziali rispetto alle configurazioni tradizionali. Uno dei principali vantaggi è una capacità di Rilevamento Radar più chiara. Poiché le RIS attive possono amplificare i segnali, possono aiutare il sistema radar a rilevare bersagli che di solito sono difficili da individuare quando i segnali attenuano.

Inoltre, la comunicazione può restare forte anche quando il sistema radar è attivo. Questo è vantaggioso in situazioni in cui sia la rilevazione che la comunicazione sono cruciali, offrendo un'esperienza senza soluzione di continuità per gli utenti.

#Risultati delle Simulazioni

Nelle simulazioni, vediamo che i sistemi che usano RIS attive ottengono una migliore qualità del segnale radar rispetto a quelli che utilizzano RIS passive. Ad esempio, testando l'impatto della potenza di trasmissione, i sistemi con RIS attive possono raggiungere prestazioni radar superiori fino a 32 dB rispetto ai sistemi passivi. Questo dimostra quanto sia importante scegliere la tecnologia giusta per applicazioni specifiche.

Inoltre, la relazione tra i requisiti di qualità della comunicazione e le prestazioni di rilevamento radar rivela un compromesso. Man mano che la qualità di comunicazione richiesta aumenta, le prestazioni radar possono leggermente diminuire, ma questo effetto è gestibile quando i requisiti di qualità non sono estremi.

Infine, aumentando il numero di elementi riflettenti sulle RIS si migliora anche le prestazioni radar. Maggiore è il numero di elementi, maggiori sono le possibilità di riflessione e manipolazione dei segnali, portando a una qualità complessiva migliore.

#Conclusione

In sintesi, la combinazione di RIS attive nei sistemi ISAC apre la strada a un miglioramento sia della rilevazione radar che della comunicazione. Progettando attentamente come i segnali vengono trasmessi e riflessi, possiamo ottimizzare le prestazioni e soddisfare le crescenti esigenze delle future reti di comunicazione. I progressi mostrati nelle simulazioni evidenziano i significativi vantaggi di questa tecnologia, suggerendo un futuro promettente per i sistemi ISAC con RIS attive. Man mano che ci muoviamo verso ambienti più connessi, sfruttare questa tecnologia sarà cruciale per mantenere alte capacità di comunicazione e rilevazione.