תקשורת וחישה משולבים בתדרים של mmWave ותת-THz יכולים להוסיף זיהוי מיקום שעוזר למנוע תאונות בקרב הולכי רגל, אופניים וכלי רכב.
עם השקת ה-5G המסחרית בעיצומה, משתמשים יכולים כעת להשתמש ביכולות שלו. למרות זאת, תעשיית הטלקום מניחה את התשתית לדור הבא של תקשורת סלולרית. 6G ישתמש בטכנולוגיות רבות כדי לגשר בין העולם הדיגיטלי והפיזי באמצעות קישוריות בכל מקום. תקשורת וחישה משולבת (ICAS) - הנקראת גם Joint Communications and Sensing (JCAS) - נראה להפוך לחלק מרכזי ב-6G. חישה בתוך הרשת שואפת למנף את הכמות הגדולה של תשתית הרשת שכבר קיימת, כך שהחישה יכולה לבוא ככלי "חינם" שיכול לשפר את הקישוריות בין מכשיר למכשיר וקישוריות בין מכשיר לאדם.
איור 1. בתרשים מושגי זה, תקשורת ואיתות חישה יכולים לעבור בין תחנת בסיס, מכוניות והולכי רגל.
שילוב תקשורת עם חישה יכול לספק יתרון משמעותי ברשת. שקול את התרשים ב איור 1 ומקרה השימוש בנהיגה אוטונומית. אות מכ"ם יכול למצוא את המיקום המדויק של עצמים מסביב למכונית, מה שיכול לחלוק את המידע הזה עם כלי רכב אוטונומיים אחרים כמו גם רשתות. השילוב של חישה ותקשורת מספק מיקום מדויק ומאפשר לרשת 6G לספק ניטור מרחבי.
הרעיון של ICAS הוא פשוט: זיהוי נתונים על העולם הפיזי על ידי הוספת אותות חישה לאותות תקשורת מסורתיים. בתיאוריה, אותות תקשורת יכולים לתפוס חלק מרוחב הפס הכולל שהוקצה. אות חישה, כגון ציוץ מכ"ם או אות צליל, יכול לתפוס את שאר רוחב הפס שהוקצה. שילוב שני האותות הללו לצורת גל אחת מאפשר ליישומים שונים לחלוק אנטנות וחומרת מקלט משדר תוך כיבוש אותה פרוסת ספקטרום. ספקטרום ומרחב פיזי בתוך ציוד המשתמש הם משאבים סופיים ויכולים להוביל לטכניקות יצירתיות שממקסמות את שתיהן. המחקר נמשך לגבי צורות גל שעובדות בצורה הטובה ביותר עבור אות החישה וכן עבור היחס האידיאלי של חישה מול רוחב פס תקשורת.
שיקולים ואתגרים עיצוביים
עבור אותות מתחת ל-6 GHz, הפחתת רוחב הפס של אות התקשורת אינה מציאותית. מיקסום תפוקת הנתונים נותר בראש סדר העדיפויות בתדרים אלה מכיוון שהם מגיעים לאזור רחב עם כיסוי חיצוני ופנימי. בפסים גבוהים יותר, רוחב הפס הכולל הזמין בטווח הג'יגה-הרץ, המעניק חלק מרוחב הפס הזה לאות חישה, יעבוד. ללא קשר לתדירות, תמיד יתקיים פשרה בין רזולוציית אות חישה לבין תפוקת אות התקשורת. לדוגמה, אם ציוץ מכ"ם הוא אות החישה, נדרש רוחב פס של 1 גיגה-הרץ כדי לקבל דיוק של טווח של 15 ס"מ. יישומים מסוימים עשויים לדרוש רמת דיוק זו או הדוקה יותר. לפיכך, פתרון "גודל מתאים לכולם" לאתגר חישה מול רוחב פס תקשורת אינו סביר. מבנה מסגרת גמיש ונומרולוגיה הניתנת להגדרה מחדש יכולים לטפל בזה.
איור 2. באמצעות TDD, משדר שולח אותות חישה ותקשורת בזמנים שונים כאשר כל אחד מקבל את כל רוחב הפס.
שקול את הדוגמה הבאה של שתי תצורות גל שונות. ב איור 2, רוחב הפס המלא של האות משמש לחישה על ידי שימוש במסגרות מתחלפות. גישת דופלקס תחום זמן (TDD) זו מעניקה רזולוציית חישה גבוהה. למרבה הצער, יש לו טווח מוגבל.
בתצורה השנייה (איור 3), אות חישת רוחב פס צר ממוקם בנשאי משנה שאינם בשימוש של אות OFDM. גישת חלוקת תדר דופלקס (FDD) זו מאפשרת טווח חישה ארוך יותר אך ברזולוציה נמוכה יותר. אף אחת מהגישה לא שגויה, אבל הדוגמה הזו מראה את מיני הפשרה שהמהנדסים יצטרכו לקחת בחשבון בעת תכנון משדרים ומקלטים לצורות גל של ISAC.
איור 3. באמצעות FDD, אותות חישה ותקשורת מופיעים בו-זמנית, אך כל אחד מהם תופס פחות רוחב פס מאשר עם TDD.
לתדרים גבוהים יותר יש יתרונות חישה בנוסף לרוחב הפס הזמין. עבור מכ"ם ברזולוציה גבוהה, אנטנות גדולות ב-K-band (18 GHz עד 26.5 GHz) ו-Ka (26.5 GHz עד 40 GHz) קיימות כבר שנים רבות. חפיפה זו בתדרים והמספר ההולך וגדל של מערכי אנטנות גדולים יותר במערכות תקשורת פותחים את הפוטנציאל של שימוש חוזר בתשתיות ובציוד קיימים עבור יישומי ICAS. במבט גבוה יותר בספקטרום, מכ"ם רכב הפועל בתדר 77 גיגה-הרץ התרחב בשנים האחרונות, ומספק הזדמנות נוספת למנף ולעשות שימוש חוזר בתשתית הקיימת על ידי הוספת חישה לרשתות אלחוטיות.
בדיקה ואפיון
מהנדסים צריכים בדיקות כדי להבין טוב יותר את ביצועי החישה בתדרים שונים. לדוגמה, עלינו להשוות ולחיש ניגודיות ב-24 GHz ו-77 GHz עם רוחבי פס שונים. מידע מסוג זה יעזור למסחר את ICAS טֶכנוֹלוֹגִיָה. באופן עקרוני אפילו יותר, אנו זקוקים להבנה טובה יותר של ערוץ השידור מ-7 גיגה-הרץ עד 24 גיגה-הרץ כדי לדעת כיצד יפעלו חישת אותות בשילוב עם אותות תקשורת במה שנקרא רצועת FR3. דגמי הערוצים הקיימים המתוקננים על ידי 3GPP חסרים פירוט עבור מקרה שימוש זה. ה-NextG Alliance אוספת כעת נתוני צלילים וחוקרת רצועות תדרים שונות כדי שנוכל להבין טוב יותר את הערוץ בהקשר של יישומי חישה.
אנו זקוקים למודלים המאפיינים את רפלקטיביות האובייקט המורגש מכיוון שמודלים של ערוצי תקשורת מסורתיים אינם מביאים בחשבון את ההשתקפות. אנו זקוקים גם למודלים המתייחסים לגבהים שונים של האותות, המייצגים את העולם הפיזי המורכב עם מטרות חישה, החל מאנשים על הקרקע וכלה בטיסה של כלי טיס בלתי מאוישים (מל"טים). לבסוף, התעשייה זקוקה לדיון סביב שימוש במודלים דינמיים לעומת סטוכסטיים כדי לתת את הדעת על ניידות ושינוי עמדות של יעדים במקרה של שימוש ב-ICAS.
סיכום
אם המטרה היא להכניס חישה לתשתית התקשורת, תעשיית התקשורת חייבת לחקור את הקצאת הספקטרום ואת כמות משאבי הרשת שיש להקדיש לחישה. אנחנו צריכים למזער משאבים מהרשת ולמקסם את החישה. יתרה מזאת, עלינו לשקול עיצובים חדשים של צורות גל מכיוון שעיצוב צורות גל יכול להעניק את קלות החישה. לבסוף, אנו זקוקים לבדיקה במספר תדרים כדי למצוא את התדר האופטימלי עבור פעולה זו. באופן מסורתי, מדידות חישה מתרחשות בתדרים גבוהים של mmWave או terahertz. אנחנו צריכים לבסס היתכנות בתוך הלהקות האלה לחישה. בעוד שיש לנו שאלות טכניות רבות, הוספת חישה לרשתות 6G היא תכונה מבטיחה שתהפוך את הרשתות העתידיות לאינטליגנטיות יותר ותאפשר שורה של יישומים חדשים.
לקבלת מידע נוסף
וידאו: מתקדמים לקראת חישה ותקשורת משולבת ב-6G, נוקיה, https://www.youtube.com/watch?v=BCKQHQY7hMI.
סרטון: VTC2023-Spring Keynote: Integrated Sensing and Communications: It was Meant to Be, University College London, https://www.youtube.com/watch?v=Y8oCRAqtUCk
חישה ותקשורת משולבים: טכניקות מאפשרות, יישומים, כלים ומערכים, סטנדרטיזציה וכיוונים עתידיים, המכון הלאומי לבריאות, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10236932/
תקשורת וחישה משותפת ברשתות 6G, Ericson, https://www .ericsson.com/en/blog/2021/10/joint-sensing-and-communication-6g
הרקע של שרה הוא בטכנולוגיית מיקרוגל וגלי מילימטר. יש לה תואר ראשון בהנדסת חשמל מאוניברסיטת טקסס טק.
