盡管許多歐洲國家/地區(qū)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(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其先前版本，但即使是最新的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)的城市地區(qū)，無線電鏈路仍無法可靠地發(fā)揮作用。在最近啟動(dòng)的歐盟項(xiàng)目ARIADNE中，有11個(gè)歐洲合作伙伴正在研究如何通過使用高頻段和人工智能來開發(fā)“超越5G”的先進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)。

5G的主要優(yōu)勢(shì)在于其高頻率以及因此而來的高傳輸速率，這確保了幾乎無延遲的連接和快速的數(shù)據(jù)傳輸。但是，高頻需要定向系統(tǒng)，在大多數(shù)情況下，該系統(tǒng)依賴于視線(LOS)。這意味著發(fā)送方和接收方必須能夠看到對(duì)方。不幸的是，LOS原則會(huì)導(dǎo)致連接問題，尤其是在城市和高度發(fā)達(dá)的地區(qū)。

造成本地5G網(wǎng)絡(luò)中這些連接問題的原因之一是取消效果。當(dāng)信號(hào)通過LOS連接傳輸并同時(shí)通過反射復(fù)制時(shí)，會(huì)發(fā)生這種效果。該副本會(huì)覆蓋來自LOS的信號(hào)并取消它。結(jié)果：信號(hào)沒有到達(dá)接收器。像以前的4G一樣，這種通過非視線(NLOS)進(jìn)行的多徑傳播仍然是5G的問題。因此，ARIADNE的主要目標(biāo)之一是開發(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(xiàng)目的全稱是“用于5G長期演進(jìn)的人工智能輔助D波段網(wǎng)絡(luò)”，匯集了來自五個(gè)國家的研究和行業(yè)合作伙伴。目的是根據(jù)D波段(130-174,8 GHz)的頻率開發(fā)節(jié)能高效且可靠的移動(dòng)通信鏈路。D頻段的總帶寬超過30 GHz，非常適合快速數(shù)據(jù)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(duì)先前使用的系統(tǒng)架構(gòu)和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)控制進(jìn)行調(diào)整。

ARIADNE旨在通過結(jié)合創(chuàng)新的高頻無線電架構(gòu)和基于人工智能的新網(wǎng)絡(luò)處理概念來創(chuàng)建“ 5G之后”的智能通信系統(tǒng)。該項(xiàng)目財(cái)團(tuán)計(jì)劃到2022年實(shí)現(xiàn)并演示一種無線鏈路，該鏈路具有100 Gbit / s范圍內(nèi)的極高數(shù)據(jù)速率，并且延遲幾乎為零。歐盟支持該項(xiàng)目，并將其作為“地平線2020”計(jì)劃的一部分。ARIADNE專注于三個(gè)主要研究領(lǐng)域：硬件組件的開發(fā)，超表面的研究以及基于人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)控制的適應(yīng)性。

可靠的D波段連接的設(shè)備

弗勞恩霍夫IAF在高頻電子領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)為硬件組件的開發(fā)做出了貢獻(xiàn)：弗賴堡大學(xué)的科學(xué)家與合作伙伴共同開發(fā)了用于D波段(139-174,8 GHz)通信的新型無線電技術(shù)。“我們的重點(diǎn)在于開發(fā)具有最高頻譜效率的新型無線電模塊，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”，F(xiàn)raunhofer IAF的科學(xué)家兼項(xiàng)目經(jīng)理Thomas Merkle博士說。

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)化無線電連接的潛力。超表面是用于無線電波的可調(diào)節(jié)反射器，旨在解決城市地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)處理問題。當(dāng)屋頂上的基站與城市峽谷的用戶之間沒有視線時(shí)，超穎表面將反射無線電波，從而確保在視線外傳播。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。無線電鏈路的頻率越高，表面的微觀結(jié)構(gòu)就必須越細(xì)。這使得制造此類結(jié)構(gòu)非常困難。 D頻段的頻率”，Thomas Merkle解釋說。因此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在研究適用于高頻和工業(yè)生產(chǎn)的超穎表面的開發(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上的小超穎表面。

基于AI的網(wǎng)絡(luò)控制

為了在所有天氣條件下提供穩(wěn)定可靠的無線電鏈路，將使用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能(AI)方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。當(dāng)前，經(jīng)典數(shù)學(xué)方法用于大多數(shù)移動(dòng)無線電管理。ARIADNE將采用基于AI的算法來解決無線電通信中的問題。雖然機(jī)器學(xué)習(xí)旨在進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)分析，但AI將有助于開發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以檢測(cè)問題并對(duì)其做出反應(yīng)，還可以預(yù)測(cè)并避免這些問題。

項(xiàng)目合作伙伴的最終目標(biāo)是將各個(gè)項(xiàng)目模塊整合到測(cè)試系統(tǒng)中，并演示其功能。在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，他們希望提出兩個(gè)演示者作為他們的研究結(jié)果：第一個(gè)演示者應(yīng)在任何天氣條件下以100 Gbit / s的數(shù)據(jù)速率實(shí)現(xiàn)100米以上的可靠連接。第二個(gè)演示器旨在作為實(shí)驗(yàn)室條件下的概念驗(yàn)證，以顯示超穎表面如何改善無線電傳輸?shù)膫鞑l件。這應(yīng)該證明高頻下的超表面的功能在實(shí)驗(yàn)室里。在這一點(diǎn)上，軟件開發(fā)應(yīng)證明基于AI的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以提高整個(gè)D波段網(wǎng)絡(luò)的可靠性并保證對(duì)超表面的控制。