盡管許多歐洲國家/地區目前正在建立第五代移動(dòng)通信，但科學(xué)家們已經(jīng)在致力于其優(yōu)化。盡管5G遠遠優(yōu)于其先前版本，但即使是最新的移動(dòng)通信標準也仍有改進(jìn)的空間：特別是在發(fā)射器和收發(fā)器之間難以直接瞄準的城市地區，無(wú)線(xiàn)電鏈路仍無(wú)法可靠地發(fā)揮作用。在最近啟動(dòng)的歐盟項目ARIADNE中，有11個(gè)歐洲合作伙伴正在研究如何通過(guò)使用高頻段和人工智能來(lái)開(kāi)發(fā)“超越5G”的先進(jìn)系統架構。
5G的主要優(yōu)勢在于其高頻率以及因此而來(lái)的高傳輸速率，這確保了幾乎無(wú)延遲的連接和快速的數據傳輸。但是，高頻需要定向系統，在大多數情況下，該系統依賴(lài)于視線(xiàn)(LOS)。這意味著(zhù)發(fā)送方和接收方必須能夠看到對方。不幸的是，LOS原則會(huì )導致連接問(wèn)題，尤其是在城市和高度發(fā)達的地區。
造成本地5G網(wǎng)絡(luò )中這些連接問(wèn)題的原因之一是取消效果。當信號通過(guò)LOS連接傳輸并同時(shí)通過(guò)反射復制時(shí)，會(huì )發(fā)生這種效果。該副本會(huì )覆蓋來(lái)自L(fǎng)OS的信號并取消它。結果：信號沒(méi)有到達接收器。像以前的4G一樣，這種通過(guò)非視線(xiàn)(NLOS)進(jìn)行的多徑傳播仍然是5G的問(wèn)題。因此，ARIADNE的主要目標之一是開(kāi)發(fā)新概念，以更好地控制LOS和NLOS場(chǎng)景，從而大幅度提高移動(dòng)通信鏈路的可靠性。
5G更高的效率和可靠性
歐盟項目的全稱(chēng)是“用于5G長(cháng)期演進(jìn)的人工智能輔助D波段網(wǎng)絡(luò )”，匯集了來(lái)自五個(gè)國家的研究和行業(yè)合作伙伴。目的是根據D波段(130-174,8 GHz)的頻率開(kāi)發(fā)節能高效且可靠的移動(dòng)通信鏈路。D頻段的總帶寬超過(guò)30 GHz，非常適合快速數據傳輸。然而，該新使用的頻帶被劃分為幾個(gè)子頻帶，并且需要對先前使用的系統架構和相應的網(wǎng)絡(luò )控制進(jìn)行調整。
ARIADNE旨在通過(guò)結合創(chuàng )新的高頻無(wú)線(xiàn)電架構和基于人工智能的新網(wǎng)絡(luò )處理概念來(lái)創(chuàng )建“ 5G之后”的智能通信系統。該項目財團計劃到2022年實(shí)現并演示一種無(wú)線(xiàn)鏈路，該鏈路具有100 Gbit / s范圍內的極高數據速率，并且延遲幾乎為零。歐盟支持該項目，并將其作為“地平線(xiàn)2020”計劃的一部分。ARIADNE專(zhuān)注于三個(gè)主要研究領(lǐng)域：硬件組件的開(kāi)發(fā)，超表面的研究以及基于人工智能或機器學(xué)習的網(wǎng)絡(luò )控制的適應性。
可靠的D波段連接的設備
弗勞恩霍夫IAF在高頻電子領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識為硬件組件的開(kāi)發(fā)做出了貢獻：弗賴(lài)堡大學(xué)的科學(xué)家與合作伙伴共同開(kāi)發(fā)了用于D波段(139-174,8 GHz)通信的新型無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。“我們的重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)具有最高頻譜效率的新型無(wú)線(xiàn)電模塊，這些模塊可利用頻率分集并為網(wǎng)絡(luò )中的優(yōu)化提供控制接口。為此，我們將首次在硅上使用我們的20 nm InGaAs HEMT技術(shù)時(shí)間”，Fraunhofer IAF的科學(xué)家兼項目經(jīng)理Thomas Merkle博士說(shuō)。
反射面
為了防止NLOS連接中的網(wǎng)絡(luò )干擾，ARIADNE正在研究超穎表面及其優(yōu)化無(wú)線(xiàn)電連接的潛力。超表面是用于無(wú)線(xiàn)電波的可調節反射器，旨在解決城市地區的網(wǎng)絡(luò )處理問(wèn)題。當屋頂上的基站與城市峽谷的用戶(hù)之間沒(méi)有視線(xiàn)時(shí)，超穎表面將反射無(wú)線(xiàn)電波，從而確保在視線(xiàn)外傳播。中央網(wǎng)絡(luò )控件將管理超表面。
“超表面的概念已經(jīng)在5G中部分使用，但到目前為止僅適用于低頻。無(wú)線(xiàn)電鏈路的頻率越高，表面的微觀(guān)結構就必須越細。這使得制造此類(lèi)結構非常困難。 D頻段的頻率”，Thomas Merkle解釋說(shuō)。因此，項目團隊正在研究適用于高頻和工業(yè)生產(chǎn)的超穎表面的開(kāi)發(fā)。在Fraunhofer IAF，科學(xué)家正在研究所謂的反射陣列。這些是用于波束控制和聚焦的天線(xiàn)上的小超穎表面。
基于A(yíng)I的網(wǎng)絡(luò )控制
為了在所有天氣條件下提供穩定可靠的無(wú)線(xiàn)電鏈路，將使用機器學(xué)習和人工智能(AI)方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )管理。當前，經(jīng)典數學(xué)方法用于大多數移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電管理。ARIADNE將采用基于A(yíng)I的算法來(lái)解決無(wú)線(xiàn)電通信中的問(wèn)題。雖然機器學(xué)習旨在進(jìn)行深入的數據分析，但AI將有助于開(kāi)發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )控制系統，該系統不僅可以檢測問(wèn)題并對其做出反應，還可以預測并避免這些問(wèn)題。
項目合作伙伴的最終目標是將各個(gè)項目模塊整合到測試系統中，并演示其功能。在項目結束時(shí)，他們希望提出兩個(gè)演示者作為他們的研究結果：第一個(gè)演示者應在任何天氣條件下以100 Gbit / s的數據速率實(shí)現100米以上的可靠連接。第二個(gè)演示器旨在作為實(shí)驗室條件下的概念驗證，以顯示超穎表面如何改善無(wú)線(xiàn)電傳輸的傳播條件。這應該證明高頻下的超表面的功能在實(shí)驗室里。在這一點(diǎn)上，軟件開(kāi)發(fā)應證明基于A(yíng)I的網(wǎng)絡(luò )控制系統可以提高整個(gè)D波段網(wǎng)絡(luò )的可靠性并保證對超表面的控制。
