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人工智能可以优化移动通信

2021-12-01 14:45:15   来源:
导读 尽管许多欧洲国家 地区目前正在建设第五代移动通信,但科学家们已经在对其进行优化。虽然5G远优于之前的版本,但即使是最新的移动通信标准

尽管许多欧洲国家/地区目前正在建设第五代移动通信,但科学家们已经在对其进行优化。虽然5G远优于之前的版本,但即使是最新的移动通信标准也仍有改进的空间:尤其是在发射器和收发器之间难以直接瞄准的城市地区,无线电链路仍然无法可靠运行。在最近启动的欧盟项目ARIADNE中,11个欧洲合作伙伴正在研究如何利用高频带和人工智能开发5G之外的先进系统架构。

人工智能可优化移动通信

5G的主要优势在于其高频率,从而高传输速率,确保了几乎无延迟的连接和快速的数据传输。然而,高频需要定向系统,这在大多数情况下取决于视线。这意味着发送方和接收方必须能够看到对方。不幸的是,LOS原则将导致连通性问题,尤其是在城市和高度发达地区。

本地5G网络出现这些连接问题的原因之一是抵消效应。当信号通过LOS连接传输并同时通过反射复制时,就会出现这种效果。该副本将覆盖来自LOS的信号并取消它。结果:信号没有到达接收器。像以前的4G一样,这种通过NLOS的多径传播仍然是5G的一个问题。因此,阿里阿德涅的主要目标之一是开发新概念,以更好地控制LOS和NLOS场景,从而大大提高移动通信链路的可靠性。

5G更高的效率和可靠性

欧盟项目的全称是“面向5G长期演进的人工智能辅助D波段网络”,汇集了来自五个国家的研究和行业合作伙伴。目的是根据D波段(130-174,8 GHz)的频率发展节能高效可靠的移动通信链路。D波段总带宽超过30 GHz,非常适合快速数据传输。然而,新使用的频带被分成几个子频带,需要调整以前使用的系统架构和相应的网络控制。

ARIADNE旨在结合创新的高频无线电架构和基于人工智能的新型网络处理理念,打造“5G之后”的智能通信系统。项目联合体计划到2022年实施并演示一条无线链路,该链路具有100 Gbit/s范围内的极高数据速率和几乎零延迟。欧盟支持这一项目,作为地平线2020计划的一部分。ARIADNE专注于三个主要研究领域:硬件组件的开发、超曲面的研究以及基于人工智能或机器学习的网络控制的适应性。

可靠的D波段连接设备

Flawn Hof IAF在高频电子领域的专业知识为硬件组件的开发做出了贡献:弗赖堡大学的科学家和合作伙伴共同开发了一种用于D波段(139-174,8 GHz)通信的新型无线电技术。“我们的重点是开发具有最高频谱效率的新无线电模块,这些模块可以利用频率分集,并为网络中的优化提供控制接口。因此,我们将首次在硅上使用我们的20纳米InGaAs HEMT技术时间,”弗劳恩霍夫宇航联合会的科学家和项目经理Thomas Merkle博士说。

反射面

为了防止NLOS连接中的网络干扰,ARIADNE正在研究同色异谱表面及其优化无线电连接的潜力。Supersurface是一种可调节的无线电波反射器,旨在解决城市地区的网络处理问题。当屋顶上的基站与城市峡谷中的用户之间没有视线时,超灵动的表面会反射无线电波,从而保证视线之外的传播。中央网络控制将管理超曲面。

“超表面的概念已经部分应用于5G,但到目前为止只适用于低频。无线电链路的频率越高,表面微结构必须越精细。这使得制造这种结构非常困难。D波段的频率”,托马斯默克解释道。因此,项目组正在研究开发适用于高频和工业生产的超级智能表面。在夫琅和费宇航中心,科学家们正在研究所谓的反射阵列。这些都是天线上用于波束控制和聚焦的超级小聪明的表面。

基于人工智能的网络控制

为了在所有天气条件下提供稳定可靠的无线电链路,将使用机器学习和人工智能(AI)方法进行网络管理。目前,大多数移动无线电管理都采用经典的数学方法。阿里阿德涅将使用基于人工智能的算法来解决无线电通信中的问题。尽管机器学习旨在进行深入的数据分析,但AI将有助于开发一个网络控制系统,该系统不仅可以检测和响应问题,还可以预测和避免这些问题。

项目合作伙伴的最终目标是将每个项目模块集成到测试系统中,并演示其功能。在项目的最后,他们希望提出两个演示者作为自己的研究成果:第一个演示者在任何天气条件下都应该以100 Gbit/s的数据速率实现100米以上的可靠连接。第二个演示器是作为实验室条件下的概念证明而设计的,旨在展示超智能表面如何改善无线电传输的传播条件。这应该证明了超表面在高频下的作用是在实验室里。在这一点上,软件开发应该证明基于AI的网络控制系统能够提高整个D波段网络的可靠性,保证对超曲面的控制。

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