Penjelasan Reflectarrays Dan Metasurfaces 5G

 REFLECTARRAYS DAN METASURFACES YANG DAPAT DIKONFIGURASI ULANG


Dalam  penelitian  tentang  sistem  Beyond  Massive  MIMO,  sejumlah  terminologi  baru  telah diperkenalkan dengan nama-nama seperti:

  1. Refleksi array yang dapat dikonfigurasi ulang;
  2. Metasurfaces yang dikendalikan perangkat lunak;
  3. Permukaan reflektif yang cerdas.


Ini pada dasarnya adalah hal yang sama (dan terdapat banyak variasi lagi dari ketiga nama tersebut), yang penting untuk diketahui agar kita dapat menganalisisnya secara bersama-sama.


Konsep utamanya berasal dari antena reflectarray, yang merupakan kelas antena direktif yang berperilaku sedikit seperti reflektor parabola tetapi dapat digunakan pada permukaan datar, seperti dinding. Lebih tepatnya, antena pantul mengambil gelombang sinyal yang masuk dan memantulkannya ke arah spasial yang telah ditentukan, seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut:


  

Image Credit by EMIL BJÖRNSON

Gambar Antena reflectarray (juga dikenal sebagai metasurface dan intelligent reflective surface) mengambil gelombang yang masuk dan memantulkannya sebagai berkas ke arah tertentu (atau menuju titik spasial).


Alih-alih mengandalkan bentuk fisik antena untuk menentukan properti reflektif (seperti kasus reflektor parabola), reflektor terdiri dari banyak elemen reflektif yang memaksakan penundaan waktu khusus elemen ke sinyal pantulannya. Elemen-elemen ini diilustrasikan oleh titik-titik pada permukaan pada gambar di atas. Dengan cara ini, gelombang yang dipantulkan berbentuk berkas dan pancaran dapat dilihat sebagai MIMO Array Pasif. Kata pasif mengacu pada fakta bahwa sinyal radio tidak dihasilkan  dalam array tetapi dari tempat lain. Karena waktu tunda yang diberikan berhubungan dengan pergeseran fasa yang berbeda tergantung pada frekuensi sinyal, reflektan array berguna untuk merefleksikan sinyal jalur sempit dalam satu arah.


Baca Juga :


Dapat dikonfigurasi ulang


Array pantul yang dapat dikonfigurasi ulang dapat mengubah penundaan waktu setiap elemen untuk   mengarahkan   berkas   pantulan   ke   arah   yang   berbeda   pada   titik   waktu   yang berbeda. Penelitian   tentang   topik   ini   telah   berlangsung   selama   beberapa   dekade; buku “ Reflectarray Antennas: Analysis, Design, Fabrication, dan Measurement ” tahun 2014 dari Shaker et al menjelaskan berbagai konsep dan eksperimen implementasi refleksi array.


Baru-baru ini, ada minat yang semakin besar terhadap susunan pantulan yang dapat dikonfigurasi ulang ini. Hal ini ditunjukkan oleh serangkaian makalah baru yang berfokus pada aplikasi daripada implementasi perangkat keras:


A New Wireless Communication Paradigm through Software-Controlled Metasurfaces by C.Liaskos et al. Smart Radio Environments Empowered By Reconfigurable AI Meta-Surfaces: An Idea Whose Time Has Come by M. Di Renzo, et al. Towards Smart and Reconfigurable Environment: Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Network by Q. Wu and R. Zhang Massive MIMO is a Reality –  What is Next? Five Promising Research Directions for Antenna Arrays by E. Björnson et al.


Unsur-unsur di permukaan pemantul pada gambar di atas disebut meta-atom atau unsur reflektif dalam makalah tersebut. Ukuran meta-atom / elemen lebih kecil dari panjang gelombang, seperti pada antena gain rendah konvensional. Dengan kata sederhana, kita dapat melihat elemen sebagai antena yang menangkap sinyal radio, menyimpannya di dalam dirinya sendiri untuk jangka waktu yang singkat membuat penundaan waktu, dan kemudian memancarkan sinyal lagi.


Baca Juga :


Dengan  demikian,  seseorang  dapat  melihatnya  sebagai  relai  dengan protokol delay–and- forward. Bahkan jika sinyal tidak diperkuat oleh reflektarray yang dapat dikonfigurasi ulang, ada konsumsi energi yang tidak dapat diabaikan terkait dengan protokol kontrol dan konfigurasi ulang elemen.


Penting  untuk  membedakan  antara  permukaan  yang  memantulkan  dan  konsep permukaan cerdas yang besar dengan pemancar / penerima radio yang aktif, yang diusulkan untuk transmisi data dan pemosisian oleh Hu, Rusek, dan Edfors. Ini pada dasarnya, ini adalah array MIMO aktif dengan antena yang ditempatkan secara padat.



Bagaimana prospek teknologinya?


Makalah terbaru menjelaskan sejumlah kasus penggunaan potensial untuk reflectarrays yang dapat dikonfigurasi ulang (metasurfaces) di jaringan nirkabel, seperti ekstensi jangkauan, peningkatan keamanan lapisan fisik, transfer daya nirkabel, dan modulasi spasial. Dari perspektif konseptual, sungguh merupakan prospek yang menarik untuk membangun jaringan masa depan dimana tidak hanya algoritma pemancar dan penerima yang dapat dioptimalkan, tetapi juga lingkungan propagasi dapat dikontrol sebagian. 


Namun, penelitian tentang topik ini masih dalam tahap awal, sangatlah penting untuk dapat mencapai kasus  penggunaan  yang secara praktis yang penting di mana reflectarrays dapat dikonfigurasi secara fundamental lebih baik daripada metode yang ada. Jika secara ekonomis memungkinkan untuk mengubah teknologi menjadi kenyataan komersial, bukan keuntungan 10% yang dapat dicapai melainkan harus 10x atau 100x keuntungan dari teknologi yang ada sebelumnya.   Inilah   yang   ditunjukkan   Marzetta   dengan   Massive   MIMO   dan   ini   juga yang dapat dihadirkan dalam 5G.


Kedepannya  semoga  semakin  banyak  dijumpai  kasus  penggunaan  antena  pantul (metasurfaces). Beberapa    penelitian    terbaru    menunjukan    bahwa    teknologi    ini    dapat memberikan perluasan jangkauan, tetapi antena tunggal relai decode-and-forward dapat unggul kecuali jika permukannnya sangat besar. Masih banyak yang harus dilakukan tentang topik ini!



Disalin dari tulisan EMIL BJÖRNSON