氣候監(jiān)測和6G需要學會共存

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)運行——100 gigahertz及以上。這可能會導致一些問題。監(jiān)測氣候變化和其他科學基礎設施所需的衛(wèi)星已經(jīng)在這些波段運行，它們通常無需共享。不過，對于該技術(shù)的一些解決方案正在醞釀之中。

波士頓東北大學無線物聯(lián)網(wǎng)研究所的首席研究科學家Michele Polese解釋道：“避免對遙感和射電天文用戶造成任何傷害至關重要，因為他們支持著我們社會的關鍵運營。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)之間的時間共享、空間共享和信號電平共享，這有助于節(jié)省衛(wèi)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程中允許更大的帶寬，這可能有助于縮短傳輸所需的時間，從而有可能在用戶之間實現(xiàn)更精細、更靈活的分時策略。從本質(zhì)上講，一些技術(shù)可以輪流進入特定的頻率范圍。

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(zhàn)性，要在衛(wèi)星和望遠鏡中快速實施，需要更長期的規(guī)劃和部署。然而，隨著電信的快速發(fā)展和6G等未來網(wǎng)絡的規(guī)劃，有機會嵌入硬件和軟件設計，以促進電磁頻譜的共享。

Polese說：“今天討論的頻譜共享解決方案可以集成到明天的標準和技術(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100GHz以上頻譜共享的一個因素是，這些信號具有高度定向性，因此可以在空間上對它們進行操作，以免彼此干擾，從而減少重疊的機會。在他們的研究中，Polese和他的同事描述了一種使用“倒金字塔”天線陣列設計****高頻電信信號的方法。該天線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(wèi)星。

Polese和他的同事在東北大學運營了幾個實驗測試臺，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(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)在兩個頻帶上操作。每當看到使用其中一個頻率進行感應的衛(wèi)星時，系統(tǒng)就會自動切換到另一個頻率。

東北大學團隊將繼續(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)絡模型對射頻干擾進行建模，并了解6G網(wǎng)絡設計參數(shù)與衛(wèi)星接口射頻干擾之間的理論限制和關系?！?/p>

Polese和他的同事在《IEEE學報》（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。