En la era digital actual, la conectividad inalámbrica se ha convertido en una necesidad fundamental para el desarrollo social, económico y personal. Sin embargo, las redes inalámbricas tradicionales enfrentan limitaciones en cuanto a cobertura, capacidad y eficiencia energética, lo que obstaculizan el acceso universal a la información y la plena participación en la sociedad digital. Las Superficies Inteligentes Reconfigurables (RIS) surgen como una solución innovadora y disruptiva, prometiendo transformar el panorama de las comunicaciones inalámbricas.
Explorando el Funcionamiento de las RIS:
Las RIS están compuestas por metamateriales, materiales artificiales con propiedades electromagnéticas únicas que pueden manipular las ondas de radio de manera inteligente. Estos metamateriales se configuran en una superficie plana, permitiendo controlar la dirección, la fase y la amplitud de las señales reflejadas. Al combinar esta tecnología con algoritmos inteligentes y técnicas de procesamiento de señales avanzadas, las RIS pueden optimizar dinámicamente los enlaces de comunicación inalámbrica en tiempo real.
Se prevé que el crecimiento del tráfico inalámbrico alcance los 5.016 exabytes para el año 2030, junto con tasas de bits de 1 Tb/s, así como nuevos servicios relacionados con detección, localización, baja latencia y ultraconfiabilidad. En este contexto, se requiere de una nueva tecnología inalámbrica capaz de soportar este flujo de conectividad, por lo que proyectos europeos como Meta Wireless persiguen la idea disruptiva de diseñar redes inalámbricas tratando el entorno en sí mismo como una variable que debe controlarse y optimizarse.
El proyecto Meta Wireless, liderado por el Consorcio Nacional Interuniversitario de Telecomunicaciones (CNIT), en Italia, está desarrollando superficies inteligentes reconfigurables (RIS) que permitirán manipular el entorno inalámbrico para optimizarlo. Las RIS son estructuras planas, hechas con metamateriales y electromagnéticas discontinuas, que no se adhieren a las leyes convencionales de reflexión y difracción.
Esta tecnología tiene la capacidad de modificar de forma controlable la fase y el frente de la onda de las ondas de radio incidentes. El proyecto persigue revestir los objetos, paredes o fachadas de los edificios con esta tecnología para poder personalizar en tiempo real la respuesta electromagnética de los entornos.
Con una inversión de 3.995.128 euros, íntegramente financiados por el programa de investigación Horizonte 2020 de la Comisión Europea, el consorcio, compuesto por 11 entidades procedentes de Finlandia, Grecia, Francia, Suecia, Alemania, Austria, Italia y España, este último representado por la Universidad Pompeu Fabra y la compañía Telefónica Investigación y Desarrollo, desarrollará la tecnología RIS en cuatro años (diciembre de 2020-noviembre de 2024).
Objetivos de Meta Wireless
Meta Wireless plantea la idea disruptiva de diseñar redes inalámbricas tratando el entorno inalámbrico como una variable de optimización que debe adaptarse para maximizar el rendimiento de la red. Para ello, incorporará a las redes inalámbricas 6G las superficies inteligentes reconfigurables.
Combinando los campos interdisciplinarios de las comunicaciones inalámbricas, la física, las metasuperficies electromagnéticas, el aprendizaje computacional y las redes de software, Meta Wireless sentará las bases teóricas, algorítmicas y arquitectónicas de las futuras redes inalámbricas habilitadas para RIS y desarrollará el primer simulador a nivel de sistema de acceso abierto para la optimización de redes.
Para garantizar el éxito de este proyecto, el consorcio ha planteado cuatro objetivos de investigación. El primero se centra en el desarrollo de RIS para generar la tercera generación de metamateriales que puedan reconfigurarse en tiempo real y realizar tareas conjuntas de comunicación y detección. El segundo en crear marcos teóricos con nuevas técnicas matemáticas para introducir una nueva teoría de la comunicación que supere la teoría convencional de Shannon y revele el máximo rendimiento de las redes basadas en RIS.
El tercer objetivo se encargará del desarrollo de nuevos esquemas de comunicación, protocolos de optimización y algoritmos para redes basadas en RIS. Por último, el cuarto objetivo estará centrado en la creación de un simulador a nivel de sistema con módulos de trazado de rayos adaptados a RIS, a la vez que se construye la primera plataforma de simulación (software) de acceso abierto para analizar, optimizar y probar entornos de radio inteligente basados en RIS a gran escala.
Características de las superficies inteligentes reconfigurables
El proyecto Meta Wireless se encargará de desarrollar todos los aspectos del diseño y operación de las redes inalámbricas potenciadas por RIS, para su incorporación en la red de comunicación inalámbrica 6G. Asimismo, entre sus competencias estarán avanzar y fusionar los campos interdisciplinarios de la tecnología de comunicaciones inalámbrica, física, metasuperficies electromagnéticas, aprendizaje computacional y redes de software.
Desentrañando los Beneficios de las RIS:
Las RIS ofrecen una gama de ventajas significativas para las redes inalámbricas:
Mejora Extensiva de la Cobertura: Las RIS pueden extender la cobertura a zonas con señales débiles o inexistentes, como áreas rurales, interiores de edificios y entornos densos, eliminando las «zonas muertas» y brindando conectividad a usuarios que antes estaban excluidos.
Aumento Exponencial de la Capacidad: Las RIS pueden aumentar significativamente la capacidad de la red, permitiendo que más usuarios se conecten y transmitan datos simultáneamente sin experimentar congestión o degradación del servicio.
Reducción Drastica de la Interferencia: Las RIS pueden dirigir las señales de manera precisa, minimizando la interferencia entre usuarios y mejorando la calidad de la comunicación. Esto se traduce en llamadas más claras, videos más fluidos y descargas más rápidas.
Mejora Notable de la Eficiencia Energética: Las RIS pueden optimizar el uso de la energía de radiofrecuencia, reduciendo el consumo de energía de las redes inalámbricas y contribuyendo a un futuro más sostenible.
Descubriendo las Amplias Aplicaciones de las RIS:
Las RIS tienen un potencial transformador en diversas áreas:
Redes Móviles de Próxima Generación (5G y 6G): Las RIS son componentes clave para habilitar la cobertura y capacidad ultra-masivas requeridas por las redes 5G y 6G, permitiendo una conectividad ubicua y de alta velocidad para una gran cantidad de dispositivos y aplicaciones.
Internet de las Cosas (IoT): Las RIS pueden facilitar la conectividad confiable y de baja latencia para la gran cantidad de dispositivos IoT que se están implementando en hogares, ciudades y infraestructuras críticas.
Comunicaciones de Banda Ancha Fijas: Las RIS pueden brindar acceso a internet de alta velocidad en zonas donde la fibra óptica o el cable coaxial no son viables, reduciendo la brecha digital y democratizando el acceso a la información.
Satélites: Las RIS pueden mejorar la eficiencia de las comunicaciones por satélite, reduciendo la necesidad de grandes antenas parabólicas y permitiendo la transmisión de datos de alta velocidad a áreas remotas.
Consideraciones para la Implementación de las RIS:
A pesar de su enorme potencial, la implementación a gran escala de las RIS presenta algunos desafíos:
Costo: El desarrollo y la fabricación de las RIS aún requieren costos considerables, aunque se espera que disminuyan con el avance de la tecnología.
Estandarización: Se necesitan estándares globales para garantizar la interoperabilidad y la adopción generalizada de las RIS en diferentes redes y aplicaciones.
Integración con Infraestructura Existente: La integración de las RIS con las redes inalámbricas existentes requiere un enfoque cuidadoso y soluciones personalizadas.
Las Superficies Inteligentes Reconfigurables representan un salto importante en la tecnología de comunicaciones inalámbricas. Su capacidad para optimizar dinámicamente los enlaces de comunicación las convierte en una herramienta invaluable para superar las limitaciones de las redes tradicionales y habilitar una conectividad inalámbrica ubicua, confiable y eficiente. A medida que la tecnología RIS continúa madurando y los desafíos de implementación se abordan, podemos esperar ver su adopción generalizada en una amplia gama de aplicaciones, transformando la forma en que nos comunicamos, trabajamos e interactuamos con el mundo digital.