氣候監(jiān)測(cè)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.

隨著技術(shù)的發(fā)展，電磁頻譜變得越來越擁擠。這意味著未來的無線技術(shù)，如6G，可能需要在更高的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行——100 gigahertz及以上。這可能會(huì)導(dǎo)致一些問題。監(jiān)測(cè)氣候變化和其他科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施所需的衛(wèi)星已經(jīng)在這些波段運(yùn)行，它們通常無需共享。不過，對(duì)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)無線物聯(lián)網(wǎng)研究所的首席研究科學(xué)家Michele Polese解釋道：“避免對(duì)遙感和射電天文用戶造成任何傷害至關(guān)重要，因?yàn)樗麄冎С种覀兩鐣?huì)的關(guān)鍵運(yùn)營。因此，任何可以考慮向共享頻譜過渡的技術(shù)在考慮采用之前都必須經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計(jì)和評(píng)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(hào)電平共享，這有助于節(jié)省衛(wèi)星信號(hào)并更廣泛地應(yīng)對(duì)干擾。首先，他們指出，由于更高的頻率在通信過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，從而有可能在用戶之間實(shí)現(xiàn)更精細(xì)、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(shè)計(jì)為共存和共享頻譜。作者指出，這可能更具挑戰(zhàn)性，要在衛(wèi)星和望遠(yuǎn)鏡中快速實(shí)施，需要更長(zhǎng)期的規(guī)劃和部署。然而，隨著電信的快速發(fā)展和6G等未來網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，有機(jī)會(huì)嵌入硬件和軟件設(shè)計(jì)，以促進(jìn)電磁頻譜的共享。

Polese說：“今天討論的頻譜共享解決方案可以集成到明天的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)中，將共存和頻譜共享嵌入?yún)f(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(hào)具有高度定向性，因此可以在空間上對(duì)它們進(jìn)行操作，以免彼此干擾，從而減少重疊的機(jī)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”天線陣列設(shè)計(jì)****高頻電信信號(hào)的方法。該天線有助于將信號(hào)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(wèi)星。

Polese和他的同事在東北大學(xué)運(yùn)營了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試臺(tái)，以評(píng)估頻譜共享，包括6 GHz以下頻率的Colosseum，以及由Josep Jornet領(lǐng)導(dǎo)的100 GHz以上的TeraNova平臺(tái)。

2020年，該團(tuán)隊(duì)首次展示了一種100 GHz以上的頻譜共享系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在不同頻帶之間跳躍，以避免干擾傳感衛(wèi)星。在這種情況下，使用雙頻帶回程鏈路，無線系統(tǒng)在兩個(gè)頻帶上操作。每當(dāng)看到使用其中一個(gè)頻率進(jìn)行感應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)切換到另一個(gè)頻率。

東北大學(xué)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)研究如何在頻率共享技術(shù)之間找到解決方案。展望未來，Polese表示，“我們正專注于用大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)射頻干擾進(jìn)行建模，并了解6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)參數(shù)與衛(wèi)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(bào)》（https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=5）上回顧了干擾問題和潛在的解決方案。