SRE ha come principali obiettivi:
- Comprensione fisica approfondita, strumenti di progettazione, implementazione e valutazione di nodi elettromagnetici intelligenti per ambienti radio intelligenti (SRE). In particolare: metamateriali, superfici intelligenti riconfigurabili, pelli intelligenti, antenne intelligenti, ripetitori attivi, soluzioni di raccolta dell’energia, algoritmi di elaborazione del segnale per la comunicazione e il rilevamento.
- Dimostrazione di SRE in scala di laboratorio per casi d’uso ben definiti.
- Soddisfare i KPI per i sistemi wireless 6G attraverso soluzioni a complessità ridotta, economiche, energetiche, ecologiche e verdi.
SRE è parte dello Spoke 7 – Green and Smart Environments
PI di progetto: Davide Dardari / Daniele Riccio
[M1-M9]
- Conoscenza fisica approfondita, strumenti di progettazione, implementazione e valutazione di nodi elettromagnetici intelligenti per ambienti radio intelligenti (SRE). In particolare: metamateriali, superfici intelligenti riconfigurabili, pelli intelligenti, antenne intelligenti, ripetitori attivi, soluzioni di raccolta dell'energia, algoritmi di elaborazione del segnale per la comunicazione e il rilevamento.
- Dimostrazione di SRE su scala di laboratorio per casi d'uso ben definiti.
- Soddisfare i KPI per i sistemi wireless 6G attraverso soluzioni a complessità ridotta, convenienti, efficaci dal punto di vista energetico, ecologiche e verdi.
- Progettazione della metasuperficie: Abbiamo esplorato le metasuperfici basate sui frattali e progettato una superficie intelligente riconfigurabile (RIS) al plasma per la guida dei raggi. Abbiamo anche sviluppato uno strumento di ray-tracing per la pianificazione di SRE e abbiamo studiato smart skin passive curve per infrastrutture urbane.
- Raccolta di energia: Abbiamo progettato schemi innovativi per ottenere RIS autonomi dal punto di vista energetico.
- Comunicazioni assistite dai RIS: Abbiamo sviluppato algoritmi per la configurazione ottimale dei RIS e per migliorare le prestazioni di comunicazione. Abbiamo anche implementato comunicazioni MIMO multiutente utilizzando metasuperfici auto-coniuganti.
- Localizzazione assistita da RIS: Abbiamo utilizzato metasuperfici passive a selezione di frequenza per la localizzazione e il rilevamento in condizioni di non visibilità, ottenendo una precisione di livello centimetrico. Abbiamo anche formulato i limiti di prestazione per le applicazioni veicolari.
- Imaging: Abbiamo esplorato tecniche di imaging avanzate per personalizzare la riflessione del campo elettromagnetico. Ciò consente di creare dispositivi innovativi su misura per esigenze specifiche.
Principali risultati per il potenziale sfruttamento:
Metaprismi per comunicazione e rilevamento migliorati: l'innovazione consiste in una metasuperficie completamente passiva, selettiva in frequenza e non riconfigurabile, denominata metaprisma, e relativi schemi di elaborazione del segnale, volti ad assistere la connettività wireless, l'affidabilità, la velocità di trasmissione e la localizzazione in ambienti interni complessi , con una tecnologia a basso costo, a latenza zero, full-duplex, a bassa complessità e verde (consumo zero, emissioni EM zero e nessuna manutenzione).
A differenza di altre soluzioni, una delle caratteristiche principali dei metaprismi è il riciclaggio delle onde radio in modo costruttivo ed efficiente dal punto di vista energetico. Da un punto di vista socioeconomico, questa è una soluzione promettente per abbassare i livelli di radiazioni EM in ambienti sensibili, come ospedali e aerei. Uno dei principali vantaggi della tecnologia del metaprisma proposta risiede nel fatto che non richiede risorse elevate e attrezzature molto costose per essere implementata, abbassando così la barriera economica all’ingresso e rendendola accessibile alle piccole e medie imprese (PMI).
Metodi efficienti di stima e tracciamento dei canali a bassa complessità nella comunicazione assistita da RIS su onde mm.
L’affidabilità per l’ambiente radio 6G e la localizzazione dei sensori si ottiene sfruttando la riconfigurabilità adattiva dei RIS per affrontare il problema della zona morta in scenari difficili.
Impatto sociale:
La connettività 5G e oltre potenziata attraverso la selezione RIS ottimizzata può migliorare significativamente la comunicazione in ambienti radio intelligenti. Una migliore connettività può rafforzare l’inclusione sociale e colmare il divario digitale, fornendo a più persone l’accesso a servizi e opportunità fondamentali. Possibilità di migliorare le prestazioni di comunicazione dell'utente sfruttando le informazioni sulla posizione. Ciò porta ad un uso più intelligente delle risorse di comunicazione esistenti. Ad esempio, il tracciamento degli utenti può abilitare servizi più reattivi e personalizzati, migliorando la qualità della vita e l’efficienza operativa o il monitoraggio in tempo reale per fabbriche più sicure e il supporto all’attività degli operatori umani.
Impatto economico:
L'utilizzo di RIS meno costosi con un numero limitato di bit di quantizzazione per i loro profili di fase può rendere più accessibili le tecnologie di comunicazione avanzate. Questa efficienza in termini di costi può incoraggiare una più ampia adozione della tecnologia RIS in vari settori, dalle telecomunicazioni all’automotive e oltre. Riutilizzo dell'infrastruttura di comunicazione esistente per servizi di tracciamento e localizzazione con conseguente riduzione dei costi e dell'implementazione dell'hardware. Possibilità di ottimizzare i RIS meno frequentemente con lo stesso livello di precisione di tracciamento/localizzazione.
Risultati scientifici:
43 pubblicazioni 1 brevetto 2 Premio 8 conferenze su invito 7 Workshop/sessioni speciali
Papers:
Best paper Award: Davide Tornielli Bellini, Dario Tagliaferri, Marouan Mizmizi, Stefano Tebaldini, Umberto Spagnolini, “Multi-View Near-field Imaging in NLOS with Non-Reconfigurable EM Skins”, ArXiv, 2024, ICC 2024, workshop NFCLS, Denver, USA, June 2024
Best paper Award: D. Dardari, M. Lotti, N. Decarli, and G. Pasolini (UNIBO and IEIIT-CNR) "Establishing MIMO Communications Automatically using Self-Conjugating Metasurfaces" SCA – Reconfigurable Intelligent Surfaces and Smart Environments at the International Conference on Communications (ICC) 2023, Rome, May 2023
N. Decarli, A. Guerra, C. Giovannetti, F. Guidi and B. M. Masini (IEIIT-CNR) “V2X Sidelink Localization of Connected Automated Vehicles”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, October 2023
Metaprismi per comunicazione e rilevamento migliorati: l'innovazione consiste in una metasuperficie completamente passiva, selettiva in frequenza e non riconfigurabile, denominata metaprisma, e relativi schemi di elaborazione del segnale, volti ad assistere la connettività wireless, l'affidabilità, la velocità di trasmissione e la localizzazione in ambienti interni complessi , con una tecnologia a basso costo, a latenza zero, full-duplex, a bassa complessità e verde (consumo zero, emissioni EM zero e nessuna manutenzione).
A differenza di altre soluzioni, una delle caratteristiche principali dei metaprismi è il riciclaggio delle onde radio in modo costruttivo ed efficiente dal punto di vista energetico. Da un punto di vista socioeconomico, questa è una soluzione promettente per abbassare i livelli di radiazioni EM in ambienti sensibili, come ospedali e aerei. Uno dei principali vantaggi della tecnologia del metaprisma proposta risiede nel fatto che non richiede risorse elevate e attrezzature molto costose per essere implementata, abbassando così la barriera economica all’ingresso e rendendola accessibile alle piccole e medie imprese (PMI).
Metodi efficienti di stima e tracciamento dei canali a bassa complessità nella comunicazione assistita da RIS su onde mm.
L’affidabilità per l’ambiente radio 6G e la localizzazione dei sensori si ottiene sfruttando la riconfigurabilità adattiva dei RIS per affrontare il problema della zona morta in scenari difficili.
Impatto sociale:
La connettività 5G e oltre potenziata attraverso la selezione RIS ottimizzata può migliorare significativamente la comunicazione in ambienti radio intelligenti. Una migliore connettività può rafforzare l’inclusione sociale e colmare il divario digitale, fornendo a più persone l’accesso a servizi e opportunità fondamentali. Possibilità di migliorare le prestazioni di comunicazione dell'utente sfruttando le informazioni sulla posizione. Ciò porta ad un uso più intelligente delle risorse di comunicazione esistenti. Ad esempio, il tracciamento degli utenti può abilitare servizi più reattivi e personalizzati, migliorando la qualità della vita e l’efficienza operativa o il monitoraggio in tempo reale per fabbriche più sicure e il supporto all’attività degli operatori umani.
Impatto economico:
L'utilizzo di RIS meno costosi con un numero limitato di bit di quantizzazione per i loro profili di fase può rendere più accessibili le tecnologie di comunicazione avanzate. Questa efficienza in termini di costi può incoraggiare una più ampia adozione della tecnologia RIS in vari settori, dalle telecomunicazioni all’automotive e oltre. Riutilizzo dell'infrastruttura di comunicazione esistente per servizi di tracciamento e localizzazione con conseguente riduzione dei costi e dell'implementazione dell'hardware. Possibilità di ottimizzare i RIS meno frequentemente con lo stesso livello di precisione di tracciamento/localizzazione.
Risultati scientifici:
43 pubblicazioni 1 brevetto 2 Premio 8 conferenze su invito 7 Workshop/sessioni speciali
Papers:
Best paper Award: Davide Tornielli Bellini, Dario Tagliaferri, Marouan Mizmizi, Stefano Tebaldini, Umberto Spagnolini, “Multi-View Near-field Imaging in NLOS with Non-Reconfigurable EM Skins”, ArXiv, 2024, ICC 2024, workshop NFCLS, Denver, USA, June 2024
Best paper Award: D. Dardari, M. Lotti, N. Decarli, and G. Pasolini (UNIBO and IEIIT-CNR) "Establishing MIMO Communications Automatically using Self-Conjugating Metasurfaces" SCA – Reconfigurable Intelligent Surfaces and Smart Environments at the International Conference on Communications (ICC) 2023, Rome, May 2023
N. Decarli, A. Guerra, C. Giovannetti, F. Guidi and B. M. Masini (IEIIT-CNR) “V2X Sidelink Localization of Connected Automated Vehicles”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, October 2023
È avvenuta un'interazione con il partner industriale Leonardo s.p.a. per lo studio e lo sviluppo di antenne universali di metasuperficie (UMA) per il controllo simultaneo e indipendente di tutte le proprietà delle onde elettromagnetiche in maniera software-defined. I ricetrasmettitori basati su UMA potrebbero implementare una forma di beamforming ibrido A/D, poiché parte dell'elaborazione dei segnali trasmessi/ricevuti viene effettuata nel dominio analogico. UMA fornisce funzionalità di beamforming simili a quelle ottenibili con le tipiche antenne a schiera, ma con un consumo energetico e un costo molto inferiori. Inoltre, Leonardo ha mostrato un vivo interesse per la tecnologia delle antenne al plasma. Sono stati condotti diversi incontri per esplorare le potenzialità di questa tecnologia e per valutare le soluzioni all'avanguardia per la generazione del plasma, individuando i pro e i contro dei diversi approcci. C'è particolare interesse per il potenziale utilizzo del plasma per migliorare le prestazioni degli attuali radome. Il plasma può essere attivato e disattivato per creare schermi selettivi, che riducono al minimo le interferenze tra le antenne. L'applicazione più promettente per questi schermi al plasma selettivi sembra essere nelle antenne navali per le comunicazioni satellitari.
Le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) rappresentano la più promettente tecnologia abilitante chiave candidata ad affrontare le sfide dei sistemi 6G in termini di latenza drasticamente ridotta e capacità ultraelevata.
Il progetto S12 - SRE propone nuove tecnologie chiave abilitanti per la realizzazione di ambienti radio intelligenti basati su metasuperfici intelligenti riconfigurabili per superare le attuali limitazioni delle tecnologie 5G al fine di gestire una capacità ultraelevata, una latenza prossima allo zero e un'elevata efficienza energetica.
Il progetto mira a combinare le forti competenze di gruppi italiani che operano nei campi della comunicazione wireless e della teoria elettromagnetica, con l'obiettivo di esplorare questa nuova tecnologia e renderla adatta ad abilitare il nuovo paradigma degli ambienti radio intelligenti, consentendo al Paese di giocare un ruolo rilevante in Europa e nel mondo nelle comunicazioni del futuro.
I principali risultati raggiunti finora possono essere riassunti come segue:
Il progetto S12 - SRE propone nuove tecnologie chiave abilitanti per la realizzazione di ambienti radio intelligenti basati su metasuperfici intelligenti riconfigurabili per superare le attuali limitazioni delle tecnologie 5G al fine di gestire una capacità ultraelevata, una latenza prossima allo zero e un'elevata efficienza energetica.
Il progetto mira a combinare le forti competenze di gruppi italiani che operano nei campi della comunicazione wireless e della teoria elettromagnetica, con l'obiettivo di esplorare questa nuova tecnologia e renderla adatta ad abilitare il nuovo paradigma degli ambienti radio intelligenti, consentendo al Paese di giocare un ruolo rilevante in Europa e nel mondo nelle comunicazioni del futuro.
I principali risultati raggiunti finora possono essere riassunti come segue:
- Approcci innovativi di progettazione di metasuperfici per l'implementazione di RIS, anche energeticamente autonomi.
- Algoritmi per la configurazione ottimale dei RIS e nuovi approcci basati sulla metasuperficie per migliorare le prestazioni di comunicazione in termini di copertura, velocità di trasmissione dei dati, riduzione della latenza e consumo energetico.
- Localizzazione e imaging assistiti dai RIS: Nuove soluzioni che sfruttano le metasuperfici passive selettive in frequenza per la localizzazione e il rilevamento in condizioni di non visibilità, raggiungendo una precisione centimetrica.
1. Publications
- Expected: at least 60 publications in 36 months
- Accomplished: 30
- Readiness Level: 150%
2. Joint publications (at least two partners of RESTART)
- Expected: >=30% joint publications in 36 months
- Accomplished: 30% (9/30)
- Readiness Level: 100%
3. Talks/Keynotes/Communication Events
- Expected: 20 talks within SRE activities in 36 months
- Accomplished: 4 (among dissemination events and conference presentations)
- Readiness Level: 60%
4.Organization of workshops/special sessions/webinars
- Expected: 10 events chairing/organizing within SRE activities in 36 months
- Accomplished: 5
- Readiness Level: 150%
5. Meetings/presentations with/to companies:
- Expected: 10
- Accomplished: 3
- Readiness Level: 30%
6. Project Meetings
- Expected: > 30 meetings
- Accomplished: 12 meetings
- Readiness: 40%
7. Patents/Innovations
- Expected: 10 items over 36 months
- Accomplished: 2 (1 patent, 1 innovation)
- Readiness Level: 60%
8. Demo/Poc
- Expected: at least 3 PoCs expected by the end of the project
- Accomplished: 0
- Readiness Level: 0% (according to the plan)
9. Open source contributions
- Expected: at least 1 expected by the end of the project
- Accomplished: 0
- Readiness Level: 0% (according to the plan)
10. Standardization contributions
- Expected: none
- Accomplished: 0
- Readiness Level: N/A
Identifying the state of the art of the latest applications of 6G in telemedicine services.
D1: Passive smart EM nodes - Initial report
Due date: 30/6/2023
Status: Accomplished
Readiness level: 100%
D2: Communications, localization, and sensing in SREs - Initial report
Due date: 30/6/2023
Status: Accomplished
Readiness level: 100%
D3: First report on dissemination activities
Due date: 31/12/2023
Status: Accomplished
Readiness level: 100%
D4: Modeling and design of Smart Radio Environments - Intermediate report
Due date: 31/3/2024
Status: Expected
Readiness level: 90%
D5: Proof of concept and performance evaluation - Intermediate report
Due date: 30/6/2024
Status: Expected
Readiness level: 0%
D6: Passive smart EM nodes - Intermediate report
Due date: 30/6/2024
Status: Expected
Readiness level: 30%
D7: Active smart EM nodes: smart repeaters and integrated access & backhauling nodes - Intermediate report
Due date: 30/9/2024
Status: Expected
Readiness level: 0%
D8: Communications, localization, and sensing in SREs - Intermediate report
Due date: 30/9/2024
Status: Expected
Readiness level: 30%
D9: Second report on dissemination, communication, and technology transfer
Due date: 30/9/2024
Status: Expected
Readiness level: 0%
D10: Modeling and design of Smart Radio Environments - Final report
Due date: 31/3/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D11: Passive smart EM nodes - Final report
Due date: 30/6/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D12: Active smart EM nodes: smart repeaters and integrated access & backhauling nodes - Final report
Due date: 30/9/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D13: Communications, localization, and sensing in SREs - Final report
Due date: 30/9/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D14: Proof of concept and performance evaluation - Final report
Due date: 31/12/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D15: Final report on dissemination, communication, and technology transfer
Due date: 31/12/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D1: Passive smart EM nodes - Initial report
Due date: 30/6/2023
Status: Accomplished
Readiness level: 100%
D2: Communications, localization, and sensing in SREs - Initial report
Due date: 30/6/2023
Status: Accomplished
Readiness level: 100%
D3: First report on dissemination activities
Due date: 31/12/2023
Status: Accomplished
Readiness level: 100%
D4: Modeling and design of Smart Radio Environments - Intermediate report
Due date: 31/3/2024
Status: Expected
Readiness level: 90%
D5: Proof of concept and performance evaluation - Intermediate report
Due date: 30/6/2024
Status: Expected
Readiness level: 0%
D6: Passive smart EM nodes - Intermediate report
Due date: 30/6/2024
Status: Expected
Readiness level: 30%
D7: Active smart EM nodes: smart repeaters and integrated access & backhauling nodes - Intermediate report
Due date: 30/9/2024
Status: Expected
Readiness level: 0%
D8: Communications, localization, and sensing in SREs - Intermediate report
Due date: 30/9/2024
Status: Expected
Readiness level: 30%
D9: Second report on dissemination, communication, and technology transfer
Due date: 30/9/2024
Status: Expected
Readiness level: 0%
D10: Modeling and design of Smart Radio Environments - Final report
Due date: 31/3/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D11: Passive smart EM nodes - Final report
Due date: 30/6/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D12: Active smart EM nodes: smart repeaters and integrated access & backhauling nodes - Final report
Due date: 30/9/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D13: Communications, localization, and sensing in SREs - Final report
Due date: 30/9/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D14: Proof of concept and performance evaluation - Final report
Due date: 31/12/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
D15: Final report on dissemination, communication, and technology transfer
Due date: 31/12/2025
Status: Expected
Readiness level: 0%
Ricercatori coinvolti: 170
Proposte di collaborazione:
Il team potrebbe trarre vantaggio dalla collaborazione con le strutture sanitarie che utilizzano i servizi di telemedicina nel loro percorso clinico.
È possibile avanzare proposte di collaborazione sul progetto contattando i PI del progetto.
SRE News: