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信道编码与联合通信和感知内容一览

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发表于 2024-5-17 15:46:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
信道编码是无线通信中 纠正传输错误 的基本组成部分,是可靠性的关键。同时,它也是基带处理的一个复杂部分,为实现在极高的吞吐量、可靠性、低功耗等方面的新 KPI,要求对现有信道编码方案进行增强,如Turbo、LDPC和极码等。波形设计对无线系统的高效运行至关重要。虽然 OFDM 是 6G 波形的有力候选方案,但仍需要探索备选的特定波形或统一可扩展波形,例如通感一体化。


此外,还必须考虑到不同的频谱范围、设备特性(相位噪声、 PA功率效率)和系统特性(信号带宽)。目前正在考虑许多新的波形,包括用于具有多普勒扩展的高迁移率场景的正交时频空间调制(OTFS)。此外,单载波波形可能在满足未来设备对功率的要求发挥更大主导作用。为了允许更灵活地使用无线信道,可能参考非正交多址(NOMA)放宽正交性约束。5G引入了大规模 MIMO。目前的趋势是更高频率和更短波长,需要在小片区域内增加天线数量,以提供更多定向波束来弥补高频损耗。


另一种提高频谱效率的方法是自干扰消除技术,用于带内双向通信和中继 的全双工通信。当前网络架构中使用的蜂窝布局旨在最大限度地减少区域边界处的干扰。然而,为了实现超高速、高容量(特别是连接“云AI大脑”)和高可靠性通信,理想的方式是低损耗的短距离通信,并在多个通信路径上增加冗余。


这种空间分布式拓扑可能涉及 Cell-Free Networks,其中基站(分布在大面积上)协调相关联合传输向每个用户提供独立服务,这种方法为不同位置的用户带来更高的信噪比和增益,以及更一致的体验质量。然而,落地需要高度复杂的计算和基站之间的严格同步,以及站点之间大量数据的交换。


为了向无人机、飞机、船舶和空间站/卫星 提供新的服务,从而将覆盖范围扩大到偏远地区、海洋和太空,有必要对网络覆盖范围进行三维扩展。因此,除了水平部署外,还包括垂直方向的部署。例如,利用无人机(位于 20公里高度平流层的高空平台站或HAPS)和 低轨道(LEO)卫星作为空中移动基站 建立非地面网络(NTN)来实现这种无处不在的通信。


6G 的关键技术概念之一—— 尽管只是 6G 的促成因素之一(使用太赫兹波进行通信和感知)。释放亚太赫兹和太赫兹频率范围(100GHz ~ 3THz)几个GHz的极高带宽潜力,是目前研究的方向,除了无线通信中的超高数据速率外,这也将有利于感知和成像应用以及未来可能的医疗诊断程序。


联合通信和感知(JCS)的概念 —— 有时被称为集成通信和感知(ICAS),作为物理层设计的一部分,即联合使用的波形和网络架构,在本地支持这两种应用。它不仅限于太赫兹率,而且还包括毫米波(mmWave)范围。宽频带也将有利于高精度感知应用。这些应用不仅包括定位、目标检测或高分辨率雷达,还包括对环境感知特别敏感的光谱型分析。


目前光学无线通信作为一种补充技术已经应用于部分领域,它结合了高速、高保真度和低部署成本等特点,未来会更加普及。与基于射频的接入网相比,主要优点是在可见光和红外波长上可获得约 300THz 的免授权带宽,抗干扰能力强,通信安全,例如在射频辐射不能穿透墙壁的室内环境中。具有红外波长的自由空间光通信(FSO)使用调制激光二极管通过自由空间传输信息,作为回程解决方案或用于卫星之间的天基通信。然而,它会受到天气条件、大气湍流,尤其是雾的影响。


在可见光通信(VLC)中,也被称为"光保真度"(LiFi),数据通过商用照明LED的高带宽强度调制来传输。光电二极管充当接收器,这是一种经济高效的方法,可以轻松集成到现有的基础设施中,主要用于可视的室内应用。严苛的 6G KPI 也将推动未来交通网络的发展 。例如,创新性光与无线网络全球论坛(IOWN GF)旨在为计算和通信网络架构研发各种技术,以同时实现可扩展性、零星的负载波动、能源效率和延迟可管理性。 光子技术 为应对这些挑战提供帮助:提出的开放式全光子网络(APN)有助于简化数据传输和处理,实现大容量、低延迟和低能耗的基础设施,它以最小的光电转换实现跨 域/层次 的直接端到端光路连接,以提供低延迟服务。集成光器件(光子集成电路,PIC)可以提供路由和终端连接功能来实现这样的端到端全光链路。


此外,推测2030年信容量需求增加至 Pbit/s 级,长途传输将需要Pbit/s级通信容量。目前单模光纤(SMF)的极限在 100tbit/s 左右。使用多芯光纤传输技术(将多个芯嵌入到单个玻璃光纤中)的超宽带光传输,以及通过复用和添加新的光带进一步增加波长数量,可以进一步提升容量极限。


另一种光子技术是量子通信(和量子网络)概念在25年前首次得到证实,最近引起了广泛关注。这可以作为 6G 技术的补充,作为确保超安全和可靠通信 的一种可行方案。量子通信通过交换纠缠光子提供了一种固有安全的 量子密钥分发(QKD)方式,数字密钥随后将用于传统的加密传输,这些技术可以通过光纤进行集成和传输。然而,卫星和地球之间的自由空间 量子秘钥分发(QKD)也得到了验证,这为实现未来量子通信网络提供基础。

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