I sistemi di telecomunicazione del prossimo decennio si baseranno su frequenze elevate (>80-100GHz fino a THz) finora inesplorate per l’accesso radio, e questo implica che la ricerca deve progredire con materiali e tecnologie che consentano la manipolazione di segnali a banda larga.
Il progetto strutturale di RESTART S6 – 6GWINET è un progetto ambizioso che affronta i limiti della tecnologia mmW/Sub-THz/THz, delle radio e delle reti.
I principali contributi innovativi riguardano:
- Nuove strutture radianti
- Nuove architetture radio centrate sull’utente
- Connettività wireless massiva migliorata
- Nuove architetture di rete per ambienti radio intelligenti.
I Proof of Concept saranno basati sulle comunicazioni veicolari e con i droni, che rappresentano i contesti più impegnativi in cui il 6G sarà chiamato ad affrontare il suo successo.
6GWINET fa parte dello Spoke 3 – Wireless Networks and Technologies
PI di progetto: Umberto Spagnolini
Durante i primi 18 mesi di attività di 6GWINET, abbiamo identificato con successo futuri scenari applicativi per la tecnologia delle onde millimetriche (mmW), inclusi aspetti normativi e di spettro per 6G, e nuovi scenari di esposizione in relazione alla conformità dei campi elettromagnetici. Inoltre, la nostra attenzione si è spostata verso l’esplorazione di nuove architetture radio per le future reti 6G. In questo contesto, stiamo affrontando un nuovo concetto di decodificatore LDPC con una pianificazione a strati (ovvero decodificatori basati su RCQ).
6GWINET sta esplorando il MIMO massiccio senza celle che implica un ampio sistema di antenne distribuite con un numero elevato di antenne per punto di accesso. Abbiamo anche studiato i concetti di rete legati all'ambiente radio intelligente.
La strategia di relè è cruciale ad alta frequenza e i droni possono fungere da relay nelle applicazioni veicolari, concentrandosi su scenari autostradali. Un'altra attività è stata l'approfondimento del concetto di gemelli digitali, creando repliche virtuali dell'ambiente fisico e dei veicoli per stimare il canale e compensare gli effetti Doppler.
Stiamo lavorando su innovazioni architetturali per un piano di controllo basato su Open RAN, in particolare in contesto veicolare. Inoltre, miriamo a integrare i nodi aerei per migliorare la copertura e affrontare i picchi di domanda di traffico mobile in modo più efficiente.
6GWINET sta esplorando il MIMO massiccio senza celle che implica un ampio sistema di antenne distribuite con un numero elevato di antenne per punto di accesso. Abbiamo anche studiato i concetti di rete legati all'ambiente radio intelligente.
La strategia di relè è cruciale ad alta frequenza e i droni possono fungere da relay nelle applicazioni veicolari, concentrandosi su scenari autostradali. Un'altra attività è stata l'approfondimento del concetto di gemelli digitali, creando repliche virtuali dell'ambiente fisico e dei veicoli per stimare il canale e compensare gli effetti Doppler.
Stiamo lavorando su innovazioni architetturali per un piano di controllo basato su Open RAN, in particolare in contesto veicolare. Inoltre, miriamo a integrare i nodi aerei per migliorare la copertura e affrontare i picchi di domanda di traffico mobile in modo più efficiente.
Scientifici:
L'esposizione umana ai campi elettromagnetici è stata valutata per le nuove tecnologie e frequenze wireless. In particolare, è in fase di studio l'impatto della modulazione e della larghezza di banda sul danno al DNA nelle cellule umane.
Un altro dei contributi principali nei sistemi B5G/6G ad alta frequenza è l'allineamento del raggio e 6GWINET ha sviluppato un nuovo metodo per aiutare passivamente la ricerca e l'allineamento del raggio utilizzando una rete di marcatori elettromagnetici che consentono la focalizzazione verso un veicolo in evoluzione dinamica. Un ulteriore risultato è il MIMO massiccio senza cellule, considerato una tecnologia abilitante chiave per lo strato fisico 6G poiché combina fruttuosamente l'ultra-densificazione della rete e l'elaborazione congiunta e coerente del segnale. I recenti progressi si sono concentrati sullo studio dell'efficienza spettrale del downlink un massiccio sistema MIMO bidirezionale senza celle con convertitori analogico-digitali (ADC) a pochi bit.
Industriali/sfruttabili:
Il team PdM di 6GWINET ha depositato un brevetto sulla modulazione spazio-temporale per metasuperfici, che sfruttano la modulazione temporale per trasmettere informazioni attraverso il backscattering impiegando così un sistema full-duplex quasi passivo. Il vantaggio è che questo sistema può riutilizzare i segnali elettromagnetici disponibili per trasmettere informazioni senza generarne di nuovi, il che è notevole per i sistemi con vincoli energetici.
Il ripetitore controllato in rete (NCR) è un modo per estendere la gamma di copertura nei sistemi mmW/sub-THz, 6GWINET ha proposto una nuova topologia per estendere la copertura NCR. Questo progetto scientifico ha una controparte industriale nello sviluppo di un NCR con architettura aperta per testare diverse e nuove configurazioni di rete.
Inoltre:
Le architetture senza celle offrono velocità di trasmissione dati più elevate e una migliore efficienza energetica, riducendo i costi operativi della rete, guidando gli investimenti nelle infrastrutture e supportando la crescita delle industrie ad alta intensità di dati. Le tecnologie avanzate di comunicazione veicolare che utilizzano V2V in doppia connettività mmW 5G a campo vicino (collimazione del raggio in campo vicino) agiscono come abilitatori per la percezione aumentata nei veicoli autonomi che utilizzano l'intelligenza artificiale cooperativa. I principali benefici sociali sono legati al miglioramento della gestione del traffico, della sicurezza, dei trasporti intelligenti e della sostenibilità economica. La Space-Time Modulated Metasurface (STMM) è una tecnologia dirompente per l’elaborazione delle informazioni EM che offre un meccanismo efficiente dal punto di vista energetico per sfruttare le onde EM esistenti per trasmettere dati. Il full-duplex con STMM è sicuramente un modo innovativo ed ecologico di comunicare.
papers:
G. Interdonato, and S. Buzzi, ‘Joint Optimization of Uplink Power and Computational Resources in Mobile Edge Computing-Enabled Cell-Free Massive MIMO’, IEEE Transactions on Communications, 2024
Questo articolo esplora l'integrazione del MIMO massiccio senza cellule (CF-mMIMO) con il Mobile Edge Computing (MEC) attraverso un approccio distribuito incentrato sull'utente per l'allocazione delle risorse radio e computazionali. Formula un problema di ottimizzazione multi-obiettivo per bilanciare la minimizzazione della potenza di uplink e la massimizzazione dell'efficienza spettrale sotto vincoli. Il problema viene convertito in un problema di ottimizzazione a obiettivo singolo e risolto utilizzando un algoritmo iterativo. I confronti delle prestazioni mostrano i vantaggi dell'architettura proposta in termini di potenza, latenza ed efficienza di scarico.
M. Mizmizi, D. Tagliaferri, U. Spagnolini", Wireless Communication with Space-Time Modulated Metasurfaces", IEEE Journal of Selected Areas in Communication, 2024
Stanno emergendo metasuperfici modulate spazio-tempo (STMM) per le reti wireless 6G, migliorando le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) aggiungendo fasi variabili nel tempo agli elementi. Gli STMM modulano i segnali con un aumento minimo di energia, ideale per applicazioni con vincoli energetici. Questo articolo presenta un modello matematico per la comunicazione basata su STMM, proponendo due architetture: una con flessibilità di progettazione, l'altra economicamente vantaggiosa. Il modello evidenzia l'accoppiamento spazio-tempo e il suo impatto sul sistema, dimostrando il potenziale di STMM di rivoluzionare la comunicazione wireless
M. Morini, E. Moro, I. Filippini, A. Capone, D. D. Donno, "Exploring Upper-6GHz and mmWave in Real-World 5G Networks: A Direct on-Field Comparison", Submitted to IEEE Transactions on Mobile Computing, 2024.
La riduzione dello spettro minaccia le reti cellulari, spingendo all’inclusione delle onde millimetriche (mmWave) e dei 6GHz superiori (U6G) negli standard 3GPP. Queste bande offrono uno spettro non sfruttato ma presentano sfide di propagazione. Due reti 5G operanti in queste bande sono state implementate al Politecnico di Milano per valutare le prestazioni urbane. Questo documento presenta le analisi delle campagne di misurazione, che mostrano una buona copertura interna/esterna e una buona produttività. L’analisi comparativa rivela punti di forza, di debolezza e l’idoneità per la macrocopertura urbana.
L'esposizione umana ai campi elettromagnetici è stata valutata per le nuove tecnologie e frequenze wireless. In particolare, è in fase di studio l'impatto della modulazione e della larghezza di banda sul danno al DNA nelle cellule umane.
Un altro dei contributi principali nei sistemi B5G/6G ad alta frequenza è l'allineamento del raggio e 6GWINET ha sviluppato un nuovo metodo per aiutare passivamente la ricerca e l'allineamento del raggio utilizzando una rete di marcatori elettromagnetici che consentono la focalizzazione verso un veicolo in evoluzione dinamica. Un ulteriore risultato è il MIMO massiccio senza cellule, considerato una tecnologia abilitante chiave per lo strato fisico 6G poiché combina fruttuosamente l'ultra-densificazione della rete e l'elaborazione congiunta e coerente del segnale. I recenti progressi si sono concentrati sullo studio dell'efficienza spettrale del downlink un massiccio sistema MIMO bidirezionale senza celle con convertitori analogico-digitali (ADC) a pochi bit.
Industriali/sfruttabili:
Il team PdM di 6GWINET ha depositato un brevetto sulla modulazione spazio-temporale per metasuperfici, che sfruttano la modulazione temporale per trasmettere informazioni attraverso il backscattering impiegando così un sistema full-duplex quasi passivo. Il vantaggio è che questo sistema può riutilizzare i segnali elettromagnetici disponibili per trasmettere informazioni senza generarne di nuovi, il che è notevole per i sistemi con vincoli energetici.
Il ripetitore controllato in rete (NCR) è un modo per estendere la gamma di copertura nei sistemi mmW/sub-THz, 6GWINET ha proposto una nuova topologia per estendere la copertura NCR. Questo progetto scientifico ha una controparte industriale nello sviluppo di un NCR con architettura aperta per testare diverse e nuove configurazioni di rete.
Inoltre:
Le architetture senza celle offrono velocità di trasmissione dati più elevate e una migliore efficienza energetica, riducendo i costi operativi della rete, guidando gli investimenti nelle infrastrutture e supportando la crescita delle industrie ad alta intensità di dati. Le tecnologie avanzate di comunicazione veicolare che utilizzano V2V in doppia connettività mmW 5G a campo vicino (collimazione del raggio in campo vicino) agiscono come abilitatori per la percezione aumentata nei veicoli autonomi che utilizzano l'intelligenza artificiale cooperativa. I principali benefici sociali sono legati al miglioramento della gestione del traffico, della sicurezza, dei trasporti intelligenti e della sostenibilità economica. La Space-Time Modulated Metasurface (STMM) è una tecnologia dirompente per l’elaborazione delle informazioni EM che offre un meccanismo efficiente dal punto di vista energetico per sfruttare le onde EM esistenti per trasmettere dati. Il full-duplex con STMM è sicuramente un modo innovativo ed ecologico di comunicare.
papers:
G. Interdonato, and S. Buzzi, ‘Joint Optimization of Uplink Power and Computational Resources in Mobile Edge Computing-Enabled Cell-Free Massive MIMO’, IEEE Transactions on Communications, 2024
Questo articolo esplora l'integrazione del MIMO massiccio senza cellule (CF-mMIMO) con il Mobile Edge Computing (MEC) attraverso un approccio distribuito incentrato sull'utente per l'allocazione delle risorse radio e computazionali. Formula un problema di ottimizzazione multi-obiettivo per bilanciare la minimizzazione della potenza di uplink e la massimizzazione dell'efficienza spettrale sotto vincoli. Il problema viene convertito in un problema di ottimizzazione a obiettivo singolo e risolto utilizzando un algoritmo iterativo. I confronti delle prestazioni mostrano i vantaggi dell'architettura proposta in termini di potenza, latenza ed efficienza di scarico.
M. Mizmizi, D. Tagliaferri, U. Spagnolini", Wireless Communication with Space-Time Modulated Metasurfaces", IEEE Journal of Selected Areas in Communication, 2024
Stanno emergendo metasuperfici modulate spazio-tempo (STMM) per le reti wireless 6G, migliorando le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) aggiungendo fasi variabili nel tempo agli elementi. Gli STMM modulano i segnali con un aumento minimo di energia, ideale per applicazioni con vincoli energetici. Questo articolo presenta un modello matematico per la comunicazione basata su STMM, proponendo due architetture: una con flessibilità di progettazione, l'altra economicamente vantaggiosa. Il modello evidenzia l'accoppiamento spazio-tempo e il suo impatto sul sistema, dimostrando il potenziale di STMM di rivoluzionare la comunicazione wireless
M. Morini, E. Moro, I. Filippini, A. Capone, D. D. Donno, "Exploring Upper-6GHz and mmWave in Real-World 5G Networks: A Direct on-Field Comparison", Submitted to IEEE Transactions on Mobile Computing, 2024.
La riduzione dello spettro minaccia le reti cellulari, spingendo all’inclusione delle onde millimetriche (mmWave) e dei 6GHz superiori (U6G) negli standard 3GPP. Queste bande offrono uno spettro non sfruttato ma presentano sfide di propagazione. Due reti 5G operanti in queste bande sono state implementate al Politecnico di Milano per valutare le prestazioni urbane. Questo documento presenta le analisi delle campagne di misurazione, che mostrano una buona copertura interna/esterna e una buona produttività. L’analisi comparativa rivela punti di forza, di debolezza e l’idoneità per la macrocopertura urbana.
A 6GWINET partecipano complessivamente 7 partner industriali in molteplici attività e la loro presenza è cruciale in molti aspetti legati alla ricerca e alle attività PoC. Rilevante è l'attività di cross-validation dei livelli di raytracing ed EM con l'acquisizione di dati reali, l'analisi della copertura in caso di disastro; Interfacce e API standard 3GPP aperte con particolare attenzione alla configurazione di rete, ai guasti, alle prestazioni e al provisioning. Inoltre, i 4 nuovi partner del progetto sono coinvolti nella progettazione di ricetrasmettitori a 26GHz per NCR e sidelink V2V, nella validazione di MIMO cell free in 5G BS commerciale, nella codifica/decodifica URLLC, nell'analisi della logistica e nella progettazione di nuove configurazioni mesh in un 4 nodi di backhauling radio.
Partner di programma:
- Consiglio Nazionale delle Ricerche
- Politecnico di Milano
- Politecnico di Torino
- Università di Bologna
- Università di Napoli Federico II
- Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (CNIT)
- Fondazione Ugo Bordoni
- Vodafone
- Hewlett Packard Enterprise (HPE)
- Adant Technologies Inc.
- Keysight Technologies Italy Srl
- SIAE Microelettronica S.p.A.
- Space Technology Srl
- Università degli Studi dell'Aquila
- Università degli Studi della Campania "Luigi Vanvitelli"
- Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
- Università degli Studi di Pisa
- Università degli Studi di Trento
- Il 6G sarà l'abilitatore, o il contesto, per la mobilità connessa ad alta velocità (>2Gb/s per link), ma la mobilità pone diverse sfide che 6GWINET affronterà, dal controllo del fascio all'architettura O-RAN; il documento intitolato ""Advancing O-RAN to Facilitate Intelligence in V2X"" (https://arxiv.org/abs/2307.01029) ne illustra i fondamenti.
- La Space-Time Modulated Metasurface (STMM) è una tecnologia rivoluzionaria destinata a trasformare il modo in cui trasmettiamo le informazioni, offrendo un meccanismo ad alta efficienza energetica che sfrutta le onde elettromagnetiche esistenti per trasmettere i dati. Immaginate un mondo in cui la comunicazione non sia solo continua ma anche ecologica, grazie a questa metasuperficie all'avanguardia. Il full-duplex con STMM è sicuramente un modo innovativo di comunicare. Unitevi a noi nel viaggio verso un domani più intelligente ed ecologico! Il documento ""Wireless communications with space-time modulated metasurfaces" (https://arxiv.org/pdf/2302.08310) è una panoramica completa.
Publications
- Expected: at least 25 publications on 36 months
- Accomplished: 39 papers (13 journal papers, 23 international conference papers and 3 in national)
- Readiness: 100%
- Expected: 30% joint publications on 36 months
- Accomplished: 10 joint publication with multiple affiliations
- Readiness: 100%
- Expected: 10 talks or event chairing/organizing on 36 months
- Accomplished: 6
- Readiness: 60%
- Expected: 4 PoCs expected by the end of the project
- Accomplished: 0
- Readiness: 0% (work according to plan)
- Expected: 2
- Accomplished: 1
- Readiness: 50%
- 12 plenary 6GWINET review meetings and many intra-WP operative meetings
Ricercatori coinvolti: 300
Proposte di collaborazione:
È possibile avanzare proposte di collaborazione sul progetto contattando il PI del progetto.
6GWINET News: