氣候監測和6G需要學(xué)會(huì )共存

This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series in partnership with IEEE Xplore.

隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，電磁頻譜變得越來(lái)越擁擠。這意味著(zhù)未來(lái)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，如6G，可能需要在更高的頻率范圍內運行——100 gigahertz及以上。這可能會(huì )導致一些問(wèn)題。監測氣候變化和其他科學(xué)基礎設施所需的衛星已經(jīng)在這些波段運行，它們通常無(wú)需共享。不過(guò)，對于該技術(shù)的一些解決方案正在醞釀之中。

波士頓東北大學(xué)無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)研究所的首席研究科學(xué)家Michele Polese解釋道：“避免對遙感和射電天文用戶(hù)造成任何傷害至關(guān)重要，因為他們支持著(zhù)我們社會(huì )的關(guān)鍵運營(yíng)。因此，任何可以考慮向共享頻譜過(guò)渡的技術(shù)在考慮采用之前都必須經(jīng)過(guò)仔細設計和評估?！?/p>

Polese和他的同事提出了幾種解決方案，如技術(shù)之間的時(shí)間共享、空間共享和信號電平共享，這有助于節省衛星信號并更廣泛地應對干擾。首先，他們指出，由于更高的頻率在通信過(guò)程中允許更大的帶寬，這可能有助于縮短傳輸所需的時(shí)間，從而有可能在用戶(hù)之間實(shí)現更精細、更靈活的分時(shí)策略。從本質(zhì)上講，一些技術(shù)可以輪流進(jìn)入特定的頻率范圍。

在這種情況下，新興技術(shù)需要設計為共存和共享頻譜。作者指出，這可能更具挑戰性，要在衛星和望遠鏡中快速實(shí)施，需要更長(cháng)期的規劃和部署。然而，隨著(zhù)電信的快速發(fā)展和6G等未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的規劃，有機會(huì )嵌入硬件和軟件設計，以促進(jìn)電磁頻譜的共享。

Polese說(shuō)：“今天討論的頻譜共享解決方案可以集成到明天的標準和技術(shù)中，將共存和頻譜共享嵌入協(xié)議棧中，而不是事后將其分層?！?/p>

頻譜共享解決方案

可能有助于促進(jìn)100GHz以上頻譜共享的一個(gè)因素是，這些信號具有高度定向性，因此可以在空間上對它們進(jìn)行操作，以免彼此干擾，從而減少重疊的機會(huì )。在他們的研究中，Polese和他的同事描述了一種使用“倒金字塔”天線(xiàn)陣列設計****高頻電信信號的方法。該天線(xiàn)有助于將信號保持在接近地球表面的位置，并避免撞擊追蹤上空氣候和天氣變化的遙感衛星。

Polese和他的同事在東北大學(xué)運營(yíng)了幾個(gè)實(shí)驗測試臺，以評估頻譜共享，包括6 GHz以下頻率的Colosseum，以及由Josep Jornet領(lǐng)導的100 GHz以上的TeraNova平臺。

2020年，該團隊首次展示了一種100 GHz以上的頻譜共享系統，該系統能夠在不同頻帶之間跳躍，以避免干擾傳感衛星。在這種情況下，使用雙頻帶回程鏈路，無(wú)線(xiàn)系統在兩個(gè)頻帶上操作。每當看到使用其中一個(gè)頻率進(jìn)行感應的衛星時(shí)，系統就會(huì )自動(dòng)切換到另一個(gè)頻率。

東北大學(xué)團隊將繼續研究如何在頻率共享技術(shù)之間找到解決方案。展望未來(lái)，Polese表示，“我們正專(zhuān)注于用大規模無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )模型對射頻干擾進(jìn)行建模，并了解6G網(wǎng)絡(luò )設計參數與衛星接口射頻干擾之間的理論限制和關(guān)系?！?/p>

Polese和他的同事在《IEEE學(xué)報》（https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=5）上回顧了干擾問(wèn)題和潛在的解決方案。