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6G關(guān)鍵技術(shù)及其面臨的挑戰(zhàn)

 ChinaAET 2024-04-23 發(fā)布于北京
作者:
盧旭俊1,鄭建飛1,夏燭2
作者單位:
1.深圳市潤迅電話商務(wù)有限公司杭州分公司,浙江 杭州 311200;
2.杭州友聲科技股份有限公司,浙江 杭州 310000。
摘要:
6G及未來的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將滿足一個世界性完全連接的要求,革命性的技術(shù)方案預(yù)計將推動快速增長的智能設(shè)備和服務(wù)應(yīng)用。針對實現(xiàn)6G互聯(lián)互通目標(biāo)的重大技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行深入的相關(guān)主題研究,包括在太赫茲波段與更廣泛的網(wǎng)絡(luò)操作實現(xiàn)通信、智能通信環(huán)境、人工智能、網(wǎng)絡(luò)自動化、環(huán)境反向散射通信、用立方體衛(wèi)星和無人機(jī)實現(xiàn)的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)、無蜂窩大規(guī)模MIMO通信等,并討論技術(shù)應(yīng)用可能面臨的問題挑戰(zhàn)。

0 引言
隨著社會需求的新興應(yīng)用增多,5G或許無法再滿足新型服務(wù)需求,例如下一代全息隱形傳輸需要太比特(Tb/s)級的數(shù)據(jù)速率和微秒級的延遲,即使是5G毫米波頻段(mmW)也無法實現(xiàn)。此外,從工業(yè)4.0向工業(yè)X.0模式的轉(zhuǎn)變,將推動連接密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過5G設(shè)計的106平方公里,且需要對現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行徹底改造。而解決問題的關(guān)鍵在于6G或未來超越6G的通信系統(tǒng)的研究應(yīng)用。ITU-T公布的官方建議6G關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)如表1所示。
6G的KPI主要包含處理與系統(tǒng)吞吐量等系統(tǒng)能力類指標(biāo)、端到端延遲測量及抖動等系統(tǒng)延遲類指標(biāo)、處理與網(wǎng)絡(luò)管理和編排相關(guān)的系統(tǒng)管理類指標(biāo)[1]。要達(dá)到表中的KPI,需要在6G及未來無線通信的所有領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破,使用新的頻譜、增加智能和自動化技術(shù)、拓展衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信等應(yīng)用,如圖1所示。

1 6G系統(tǒng)應(yīng)用
5G網(wǎng)絡(luò)引入了增強(qiáng)型移動寬帶、低時延高可靠通信和大規(guī)模機(jī)器通信等技術(shù)旨在服務(wù)于各種應(yīng)用,在6G中與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的覆蓋、吞吐量、延遲等性能相關(guān)應(yīng)用會更加延伸,如圖2所示。
2 太赫茲波段通信
太赫茲(Terahertz)頻段(0.1 THz~10 THz)位于mmW光譜和紅光光譜之間,由于超寬頻譜資源的可用性,為大量應(yīng)用提供Tb/s的無線鏈路,如圖3所示[2]。
2.1 太赫茲波段通信應(yīng)用
與低頻無線網(wǎng)絡(luò)不同,太赫茲波段通信由于其頻段極高具有獨特的電磁和光子學(xué)特性,除了用于蜂窩系統(tǒng)的Tb/s級鏈路外,太赫茲頻段還可用于局域網(wǎng)、個域網(wǎng)、無線片上網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信等各種應(yīng)用場景,如局域網(wǎng)中形成光纖和太赫茲-光學(xué)鏈路之間的無縫過渡實現(xiàn)零延遲;數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中替代傳統(tǒng)光電纜有線網(wǎng)絡(luò)連接,降低安裝和重新配置方面的高成本;在衛(wèi)星通信中,利用太赫茲波段更寬的帶寬,容納更多的衛(wèi)星并實現(xiàn)更高的鏈路性能等。

2.2 太赫茲波段通信面臨的問題
目前,一些基于電子束光刻等技術(shù)能夠制造出帶有數(shù)百個等離子體天線元件的前端,利用大型天線陣列可以形成主瓣高指向性的陣列輻射方向,將能量集中到所需的方向,擴(kuò)大信號的覆蓋范圍。然而,這種高度定向的波束限制了在角域的覆蓋范圍,導(dǎo)致發(fā)射機(jī)為每個用戶服務(wù)的能量效率較低,仍存在傳輸距離限制問題[3]。
在天線設(shè)計中尋求更新的解決方案的同時,其他的挑戰(zhàn)包括與太赫茲波段收發(fā)器設(shè)計相關(guān)的控制和信號處理方案。一方面,需要實時控制算法,另一方面,需要通信協(xié)議來協(xié)調(diào)發(fā)射器、接收器和反射射線之間的關(guān)系。當(dāng)在移動收發(fā)器上使用高度定向波束時,每個收發(fā)器的天線陣列的視野有限,無法定位轉(zhuǎn)發(fā)其數(shù)據(jù)的下一跳,就產(chǎn)生了其他相關(guān)問題。因此,太赫茲波段通信需要更新的路由解決方案來有效地發(fā)現(xiàn)和建立鏈路。
3 智能通信環(huán)境
mmW和太赫茲頻段的癥結(jié)是有限的通信距離,因為小波長固有的高路徑損耗以及收發(fā)器的發(fā)射功率有限。除了要關(guān)注無線硬件的進(jìn)步以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略,也要利用室內(nèi)外的無線通信環(huán)境,使信號傳播變得可控??刂菩盘栐诃h(huán)境中的傳播本質(zhì)上是控制電磁波與反射物體的相互作用,包括室內(nèi)室外建筑和其他基礎(chǔ)設(shè)施等,常見的功能包括波導(dǎo)向、聚焦、準(zhǔn)直(即對入射波產(chǎn)生平面波陣列)、偏振、相位移位、全部或部分吸收等,如圖4所示[4]。

3.1 智能通信環(huán)境基礎(chǔ)
智能環(huán)境是一個由5層部分組成的三維結(jié)構(gòu),每層都有不同的功能,從上到下分別是電磁行為層、傳感和驅(qū)動層、屏蔽層、計算層和通信層,如圖4所示。電磁行為層是由超表面組成的,具有可調(diào)諧的阻抗來控制電磁波的反射方向。傳感和驅(qū)動層由相移電路和碰撞信號感知傳感器組成。屏蔽層隔離了分層結(jié)構(gòu)的上下部分,從而使可能的干擾最小化。計算層用于控制相移和處理感應(yīng)到的入射波。通信層連接所有上層,作為中央控制器的網(wǎng)關(guān),處理所有連接請求、轉(zhuǎn)發(fā)和接收信號,進(jìn)行上述波函數(shù)控制。
與現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)中部署的多天線中繼相比,智能通信環(huán)境具有以下優(yōu)勢:
(1)因有可控天線陣列的智能表面的廣泛覆蓋而具有更高的空間分集;
(2)因計算層和通信層直接位于表面層下方,減少了處理時間;
(3)當(dāng)入射信號來自不同方向時,智能表面能夠準(zhǔn)直波并將其反射到所需的方向,提高網(wǎng)絡(luò)路由的靈活性。
3.2 智能環(huán)境的應(yīng)用
(1)信號傳播增強(qiáng)
從用戶的角度出發(fā),智能環(huán)境系統(tǒng)服務(wù)于包括移動用戶和集群用戶的模式。
傳輸距離:相對于發(fā)射機(jī)的非視距(Non Line of Sight,NLoS)區(qū)域的用戶,智能環(huán)境系統(tǒng)有望延長傳輸距離,并通過波導(dǎo)或反射到達(dá)以前未覆蓋的區(qū)域。仿真結(jié)果表明,在60 GHz下覆蓋范圍可以擴(kuò)展到整個NLoS區(qū)域[5]。
干擾緩解:由于多用戶場景不可避免地存在干擾問題,此應(yīng)用中,每個智能環(huán)境單元專用于單個用戶,因此大部分干擾將駐留在端到端鏈路的無線部分。
可靠性:主要包括用高定向天線消除干擾形成排除區(qū)域,為合法用戶分配密鑰,使竊取者截獲的數(shù)據(jù)無法解碼。因此,智能環(huán)境中的專用鏈路具有固有的安全性。
(2)物理層的安全性增強(qiáng)
用戶和服務(wù)提供商之間的數(shù)據(jù)交換越頻繁,個人數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險就越高。6G網(wǎng)絡(luò)不僅繼承現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)保密措施,還要提供與新使能技術(shù)相關(guān)的增強(qiáng)物理層安全性。現(xiàn)有的可重構(gòu)智能表面解決方案采用反射陣列,無法有效區(qū)分目標(biāo)用戶和惡意攻擊者。
智能環(huán)境具有識別用戶位置的能力,并與系統(tǒng)控制器交換這些信息以驗證用戶的真實性。只有確定的用戶才能獲得來自發(fā)送方的信號流,而未經(jīng)授權(quán)的用戶連接請求將被禁止嘗試訪問或與發(fā)送者建立鏈接,可實現(xiàn)良好的信道保密性。
3.3 智能通信環(huán)境面臨的問題
使智能環(huán)境成為一種面向市場的解決方案,還面臨一些問題:
(1)尺寸和能耗之間的權(quán)衡
實際應(yīng)用中,智能環(huán)境將被涂覆在天花板面或建筑立面等表面上,需要既適合特定安裝區(qū)域又滿足連接要求的尺寸。同時,隨著系統(tǒng)中內(nèi)置更多反射元件和射頻鏈,對于信號處理電路,能耗也將增加。因此,在為用戶提供所需的性能前提下,如何實現(xiàn)整體尺寸和能源消耗的平衡且又經(jīng)濟(jì)的解決方案,是個難點。
(2)與現(xiàn)有方案的兼容性
目前的Wi-Fi接入點有成熟的協(xié)議棧來感知信道并與用戶建立鏈路。為了使智能環(huán)境能夠幫助提高室內(nèi)信號覆蓋,需要兼容IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)。
(3)標(biāo)準(zhǔn)化
在反射陣列、超表面、頻率選擇表面等方面,如何標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備架構(gòu)、最大發(fā)射功率和通信協(xié)議等目前沒有協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)化對于建立統(tǒng)一的框架異常重要。
(4)智能資源分配
以最優(yōu)方式分配空間、時間和頻域的資源,在用傳統(tǒng)優(yōu)化方法無法找到封閉式解決資源方案的復(fù)雜場景下,需結(jié)合人工智能中的先進(jìn)算法幫助部署智能通信環(huán)境,特別是存在復(fù)雜的表面布局或結(jié)構(gòu)時。
4 人工智能
目前的無線網(wǎng)絡(luò)采用分層結(jié)構(gòu),每層提供幾種主要功能,但人工智能(Artificial intelligence,AI)相關(guān)算法的應(yīng)用正在彌合各層之間的區(qū)別,從而全局優(yōu)化整個無線網(wǎng)絡(luò)的性能。如圖5所示,人工智能可應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)的每一層。在網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行流量聚類,進(jìn)一步使網(wǎng)絡(luò)資源適應(yīng)各種場景。在物理層和MAC層(PHY/MAC Layer)深度學(xué)習(xí)可優(yōu)化功率分配、調(diào)制和編碼方案等資源分配策略。此外,機(jī)器學(xué)習(xí)算法還能輔助信道估計和多用戶檢測[6]。

4.1 無線網(wǎng)絡(luò)中的人工智能
傳統(tǒng)物理層建模是面向模型的,而在現(xiàn)實場景中,由于系統(tǒng)內(nèi)部的非線性和不可控干擾等因素,基于模型的解決方案在復(fù)雜環(huán)境中的適用性不足。
人工智能已在各種物理層技術(shù)中證明了其全面適用性。在信道估計和符號檢測中,基于深度學(xué)習(xí)的符號檢測算法可以在降低復(fù)雜性的情況下提供魯棒的結(jié)果,基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的算法學(xué)習(xí)證明了在功率放大器非線性、I/Q不平衡和硬件損傷引起的量化誤差的影響下,信道估計精度得到提高[7]。
在無線網(wǎng)絡(luò)的其他基本層中,豐富的數(shù)據(jù)集存在使基于機(jī)器學(xué)習(xí)的解決方案具有適用性。如在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計中,利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法實現(xiàn)了更節(jié)能的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方案;在汽車行業(yè)中,自動駕駛已成現(xiàn)實。人工智能算法以各種方式應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò),自動編碼器用于預(yù)測交通流量、Q-learning用于智能資源管理等。在太空物聯(lián)網(wǎng)中,衛(wèi)星間和地對星鏈路的多頻段通信能力,可基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的資源分配策略,實現(xiàn)立方體衛(wèi)星在沒有地面人為干預(yù)的情況下仍保持連接[8]。
4.2 人工智能未來面臨的問題
在5G標(biāo)準(zhǔn)化時期,人工智能算法被設(shè)計可以幫助完成如識別網(wǎng)絡(luò)異常、分配網(wǎng)絡(luò)資源、執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理等任務(wù),這些也將在6G中以更具體的方式實現(xiàn)。在帶來面向數(shù)據(jù)方法的模式轉(zhuǎn)變時,仍有問題需要解決:
(1)對于調(diào)制編碼方案設(shè)計、信道估計和資源分配等無線網(wǎng)絡(luò)中的一般性問題,最佳算法尚未統(tǒng)一;
(2)有限的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集不利于所提出的分類或回歸算法的測試和驗證;
(3)因所選數(shù)據(jù)集、假設(shè)、評估標(biāo)準(zhǔn)等方面的差異,缺乏一種有效的方法來對所有提出的解決方案進(jìn)行公平比較。
5 網(wǎng)絡(luò)自動化
網(wǎng)絡(luò)自動化領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作在控制平面引入了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能,在管理平面引入了管理數(shù)據(jù)分析服務(wù),以增強(qiáng)3GPP Releases15及以后版本中的數(shù)據(jù)收集和分析功能。這兩個功能構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)中基于服務(wù)架構(gòu)的關(guān)鍵部分,凸顯了網(wǎng)絡(luò)自動化的重要性。網(wǎng)絡(luò)自動化的關(guān)鍵應(yīng)用主要涉及軟件定義的可編程數(shù)據(jù)平面、自動化服務(wù)分解和編排[9]。
5.1 軟件定義的可編程數(shù)據(jù)平面
數(shù)據(jù)平面可編程性定義為允許數(shù)據(jù)平面設(shè)備(如交換機(jī))向控制平面公開其數(shù)據(jù)包處理邏輯的特性,以便在需要時完全重新配置控制平面。例如控制器應(yīng)能根據(jù)需要無縫地修改數(shù)據(jù)包解析和處理管道,添加對新協(xié)議的支持,并修改現(xiàn)有協(xié)議。
5.2 自動化服務(wù)分解和編排
當(dāng)前3GPP網(wǎng)絡(luò)規(guī)范切片實例化和部署過程是模板驅(qū)動的,需要手動配置。隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)復(fù)雜性的增加,創(chuàng)建和維護(hù)模板的工作將成為操作負(fù)擔(dān)。
超越傳統(tǒng)的模板驅(qū)動模型,為網(wǎng)絡(luò)切片提出自動化服務(wù)分解和編排的應(yīng)用方案,如圖6所示。用戶向服務(wù)提供商請求通信服務(wù),服務(wù)商實例化網(wǎng)絡(luò)切片,并將其部署到由虛擬基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供商擁有的基礎(chǔ)設(shè)施上,以交付所請求的服務(wù)。作為切片自動化工作的流程,客戶提供了與延遲、吞吐量等相關(guān)的高級需求,并自動將請求分解成虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(Virtual Network Functions,VNFs)的一個組成轉(zhuǎn)發(fā),服務(wù)到VNFs轉(zhuǎn)發(fā)的映射不是基于模板,而是利用深度學(xué)習(xí)來提取服務(wù)需求并構(gòu)造相應(yīng)的VNFs轉(zhuǎn)發(fā)。生成的特定于服務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)還包含組成VNFs的資源需求,允許將其無縫部署到底層基礎(chǔ)設(shè)施,一旦部署了該服務(wù),就會使用持續(xù)監(jiān)控和實時遙測技術(shù)來確保作業(yè)的最佳狀態(tài)[10]。

6 環(huán)境反向散射通信
隨著室內(nèi)外蜂窩覆蓋范圍越來越廣,射頻信號可作為無線電鏈路二次利用的資源,無需額外的功率,這種技術(shù)系統(tǒng)被稱為環(huán)境反向散射通信系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,發(fā)射機(jī)可以收集電視塔、基站以及接入點輻射周圍連續(xù)的電磁波,使用簡單的電路進(jìn)行調(diào)制后反射到接收器。環(huán)境反向散射收發(fā)器不需要專用的頻譜帶運行,也不需要復(fù)雜的電子元件(如模數(shù)轉(zhuǎn)換器)來處理信號。
6.1 反向散射通信工作機(jī)制
通常,反向散射通信系統(tǒng)將撞擊到反向散射發(fā)射機(jī)的信號沿信號原點方向反射,由于不是完美的鏡面反射,信號會在環(huán)境的一定角度范圍內(nèi)散射,在該范圍內(nèi)的反向散射通信接收器可以接收信號。反向散射通信在架構(gòu)方面分3種:單基、雙基和環(huán)境反向散射通信。
單基反向散射通信系統(tǒng)是射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)應(yīng)用中最常用的反向散射通信方式,結(jié)構(gòu)最簡單,僅由一個反向散射發(fā)射器和一個讀取器組成,該讀取器具有射頻信號源和帶有改變操作模式開關(guān)的反向散射接收器。一旦接收器發(fā)出請求,射頻源激活反向散射發(fā)射器,然后發(fā)射器調(diào)制并將撞擊到它的電磁波反射回接收器,如圖7(a)所示[11]。單基反向散射通信架構(gòu)的缺點是由于開關(guān)機(jī)制,讀取器不能執(zhí)行全雙工通信,且信號從讀取器發(fā)送到發(fā)射器然后反射回讀取器時伴有往返路徑損失。
雙基反向散射通信架構(gòu)中,射頻源和接收機(jī)是分離的,如圖7(b)所示,在空間域中提供了更高的靈活性。與單基反向散射方案相比,多個射頻源和反向散射發(fā)射器放置良好,服務(wù)范圍可以顯著擴(kuò)展,但雙基反向散射通信系統(tǒng)在真實網(wǎng)絡(luò)中運行的成本高,因為需要射頻源和發(fā)射機(jī)放置良好才能達(dá)到預(yù)期的性能,而且這種條件大多很難滿足,特別是在如室內(nèi)或密集的市區(qū)等復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)場景中。

不同于單基、雙基,環(huán)境反向散射通信系統(tǒng)的設(shè)備是由發(fā)射器和接收器組成的,不需要專用射頻源來專供服務(wù),可以顯著減少基礎(chǔ)設(shè)施和維護(hù)支出,所以環(huán)境反向散射通信為6G物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的傳感器提供了最節(jié)能的應(yīng)用解決方案。
6.2 環(huán)境反向散射通信中面臨的問題
(1)頻譜和能源效率
隨機(jī)部署的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備利用環(huán)境反向散射鏈路來實現(xiàn)良好的吞吐量,并且保持?jǐn)U展的傳輸距離,即使單個反向散射通信設(shè)備表現(xiàn)出良好的能源性能,由大量的此類設(shè)備組成的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可能仍然需要在系統(tǒng)層面上優(yōu)化能效。
(2)協(xié)議設(shè)計
現(xiàn)有的環(huán)境反向散射通信系統(tǒng)大多用于特定的應(yīng)用目的,與其他無線通信系統(tǒng)缺乏良好的兼容性。協(xié)議設(shè)計對于標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境反向散射通信的關(guān)鍵操作和管理如數(shù)據(jù)包大小、路由協(xié)議等方面尤其重要。
7 衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Space Things,IoST)是一個泛在的信息物理系統(tǒng),涵蓋地面、空中和太空,可應(yīng)用于監(jiān)測和偵察、空間回傳和整體數(shù)據(jù)集成。如圖8所示,IoST由構(gòu)成地面段的地面站、客戶場所和地面感知設(shè)備,以及構(gòu)成空間段的立方體衛(wèi)星(CubeSats)、無人機(jī)和近地感知設(shè)備等組成。地面對衛(wèi)星鏈路將IoST樞紐與立方體衛(wèi)星連接起來以交換請求和數(shù)據(jù),衛(wèi)星間鏈路將信息中繼到位于同一軌道和相鄰軌道的相鄰立方體衛(wèi)星。另外,無人機(jī)之間以及傳感器和立方體衛(wèi)星之間建立鏈接,形成本地化數(shù)據(jù)聚合層。
立方體衛(wèi)星設(shè)計包括一個全新的通信子系統(tǒng),可在各種頻帶中無縫運行,存在的多波段收發(fā)器和天線能夠支持微波、mmW和太赫茲波段的無線通信。通過這種獨特的立方體衛(wèi)星設(shè)計,有可能實現(xiàn)超過100 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。

IoST包含了跨越地球和太空的龐大基礎(chǔ)設(shè)施,超越了傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的彎管性質(zhì),簡化網(wǎng)絡(luò)管理,提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。類似于基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù),IoST可以提供立方體衛(wèi)星即服務(wù)(CubeSats-as-a-Service,CaaS),通過使用SDN可實現(xiàn)亞秒級的端到端延遲。在網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域,IoST引入了虛擬信道狀態(tài)信息CSI,用于聯(lián)合優(yōu)化物理鏈路資源分配,以克服與高延遲空間段相關(guān)的問題[12]。
8 無蜂窩大規(guī)模MIMO通信
為了有效消除小區(qū)邊界用戶造成的小區(qū)間干擾,基于分布式MIMO通信和協(xié)調(diào)多點(CoMP)通信,提出了無蜂窩大規(guī)模MIMO通信的方案。該方案中,原本密集排列的大量的基站天線陣列以小于10個天線單元的少量集形式分布在同一區(qū)域內(nèi),仍服務(wù)相似數(shù)量的用戶[13]。如圖9所示,與傳統(tǒng)的大規(guī)模MIMO通信系統(tǒng)相比,無蜂窩通信系統(tǒng)放寬了小區(qū)邊界的限制,而不是將每個用戶終端都關(guān)聯(lián)到一個具有大量天線單元的小區(qū),能顯著減少甚至消除小區(qū)間的干擾。沒有單元邊界,所有的基站子系統(tǒng)BSs可以以協(xié)調(diào)的方式同時為用戶服務(wù),在協(xié)作過程中,無蜂窩的大規(guī)模MIMO基站能通過前端鏈路相互共享發(fā)送給用戶的數(shù)據(jù)。

8.1 無蜂窩MIMO的信道特性
BSs可使用其本地CSI來獲得良好的性能,避免與所有BSs共享全局信道條件,本地CSI可以通過TDD方式在上行信道中進(jìn)行估計,然后根據(jù)獲取到的信道信息在BSs處進(jìn)行預(yù)編碼,再進(jìn)行下行信道的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)射功率和預(yù)編碼矢量可以根據(jù)用戶與基站的地理距離來確定。理論上在無蜂窩大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中,當(dāng)天線單元的數(shù)量接近無窮大時,如AP數(shù)量密度約為1 000/km2,包括小區(qū)間干擾、小規(guī)模衰落等在內(nèi)的對抗性信道效應(yīng)將會消失[14]。
8.2 無蜂窩MIMO面臨的問題
由于無蜂窩大規(guī)模MIMO通信是一個新的領(lǐng)域,其中的協(xié)調(diào)和優(yōu)化問題將嚴(yán)重影響整個系統(tǒng)的性能和未來的部署。
(1)用戶調(diào)度
盡管對信道特性有了深入了解,但現(xiàn)有技術(shù)無法考慮涉及具有超大量用戶服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)場景。這種情況下,為用戶提供服務(wù)的AP數(shù)量可能有一個上限,以便維持可接受的平均吞吐量水平。目前的研究中用戶將在同一頻率資源塊下同時獲得服務(wù),但是當(dāng)用戶數(shù)量增長到一定閾值時,用戶無法同時獲得服務(wù)時也要考慮一種能夠?qū)崿F(xiàn)公平性的調(diào)度方案。
(2)AP的位置優(yōu)化
蜂窩網(wǎng)絡(luò)的部署嚴(yán)重依賴蜂窩結(jié)構(gòu)地理上分離的BSs,這些BSs在CoMP方案下為蜂窩邊緣用戶提供服務(wù),通過調(diào)度克服蜂窩間干擾,以提高整體系統(tǒng)效率。在無蜂窩的大規(guī)模MIMO中,由于沒有小區(qū)邊界的概念問題,系統(tǒng)性能與AP位置、隨機(jī)散射點和用戶的性能要求需進(jìn)行深入優(yōu)化。
9 結(jié)論
6G及未來通信系統(tǒng)將在很大程度上推動無線通信的高質(zhì)量拓展,本文通過分析研究6G通信系統(tǒng)的應(yīng)用和使之成功的關(guān)鍵使能技術(shù),詳細(xì)地介紹之間細(xì)微差別和與之相關(guān)面臨的挑戰(zhàn),希望能提供對于無線通信下一個前沿領(lǐng)域的分析見解,也期望在實現(xiàn)設(shè)想的未來無線通信中發(fā)揮重要的作用。

文章來源:《電子技術(shù)應(yīng)用》雜志2024年3月刊

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