mmWave 및 THz 미만 주파수의 통합 통신 및 감지는 보행자, 자전거 및 차량 간의 사고를 방지하는 데 도움이 되는 위치 감지 기능을 추가할 수 있습니다.
5G 상용 출시가 순조롭게 진행됨에 따라 사용자는 이제 해당 기능을 사용할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 통신 업계는 차세대 이동통신을 위한 기반을 마련하고 있습니다. 6G는 유비쿼터스 연결을 통해 디지털 세계와 물리적 세계를 연결하기 위해 다양한 기술을 사용할 것입니다. JCAS(공동 통신 및 감지)라고도 불리는 통합 통신 및 감지(ICAS)는 6G의 핵심 부분이 될 것으로 보입니다. 네트워크 내 감지는 이미 존재하는 대규모 네트워크 인프라를 활용하여 감지가 장치 간, 장치 대 인간 연결을 향상할 수 있는 "무료" 유틸리티로 제공될 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다.
그림 1. 이 개념도에서 통신 및 감지 신호는 기지국, 자동차, 보행자 사이를 이동할 수 있습니다.
통신과 감지를 결합하면 네트워크에 상당한 이점을 제공할 수 있습니다. 다이어그램을 고려하십시오. 그림 1 자율주행 활용 사례. 레이더 신호는 자동차 주변 물체의 정확한 위치를 찾을 수 있으며, 이 정보를 다른 자율주행 자동차 및 네트워크와 공유할 수 있습니다. 감지와 통신의 결합은 정확한 위치 확인을 제공하고 6G 네트워크가 공간 모니터링을 제공할 수 있도록 해줍니다.
ICAS의 아이디어는 간단합니다. 기존 통신 신호에 감지 신호를 추가하여 물리적 세계에 대한 데이터를 감지하는 것입니다. 이론적으로 통신 신호는 할당된 전체 대역폭의 일부를 차지할 수 있습니다. 레이더 처프 또는 사운딩 신호와 같은 감지 신호는 할당된 대역폭의 나머지 부분을 차지할 수 있습니다. 이 두 신호를 하나의 파형으로 결합하면 다양한 애플리케이션이 동일한 스펙트럼 슬라이스를 점유하면서 안테나와 트랜시버 하드웨어를 공유할 수 있습니다. 사용자 장비 내부의 스펙트럼과 물리적 공간은 모두 유한한 자원이며, 두 가지를 모두 극대화하는 창의적인 기술로 이어질 수 있습니다. 감지 신호와 감지 대 통신 대역폭의 이상적인 비율에 가장 적합한 파형에 대한 연구가 계속되고 있습니다.
설계 고려 사항 및 과제
6GHz 미만의 신호의 경우 통신 신호의 대역폭을 줄이는 것은 비현실적입니다. 이러한 주파수는 실외 및 실내 커버리지를 갖춘 넓은 영역에 도달하기 때문에 데이터 처리량을 최대화하는 것이 이러한 주파수에서 여전히 우선순위로 남아 있습니다. 더 높은 대역에서는 기가헤르츠 범위의 총 사용 가능한 대역폭이 작동하여 해당 대역폭 중 일부를 감지 신호에 제공합니다. 주파수에 관계없이 감지 신호의 분해능과 통신 신호의 처리량 사이에는 항상 균형이 존재합니다. 예를 들어 레이더 처프가 감지 신호인 경우 1cm의 범위 정확도를 얻으려면 15GHz의 대역폭이 필요합니다. 일부 응용 분야에서는 이 수준 이상의 정확도가 필요할 수 있습니다. 따라서 감지 대 통신 대역폭 문제에 대한 "일률적인" 솔루션은 거의 불가능합니다. 유연한 프레임 구조와 재구성 가능한 수비학이 이를 해결할 수 있습니다.
그림 2. TDD를 사용하면 송신기는 각각 전체 대역폭을 확보하는 서로 다른 시간에 감지 및 통신 신호를 보냅니다.
두 가지 다른 파형 구성에 대한 다음 예를 고려하십시오. ~ 안에 그림 2, 신호의 전체 대역폭은 교대 프레임을 사용하여 감지하는 데 사용됩니다. 이 TDD(시간 영역 이중) 접근 방식은 높은 감지 분해능을 제공합니다. 불행히도 범위가 제한되어 있습니다.
두 번째 구성(그림 3), OFDM 신호의 사용되지 않는 부반송파에 협대역 감지 신호가 배치됩니다. 이 FDD(주파수 분할 이중) 접근 방식은 더 긴 감지 범위를 허용하지만 분해능은 더 낮습니다. 두 접근 방식 모두 잘못된 것은 아니지만 이 예에서는 엔지니어가 ISAC 파형용 송신기와 수신기를 설계할 때 고려해야 할 일종의 장단점을 보여줍니다.
그림 3. FDD를 사용하면 감지 및 통신 신호가 동시에 나타나지만 각각 TDD보다 더 적은 대역폭을 차지합니다.
주파수가 높을수록 사용 가능한 대역폭 외에도 감지 이점이 있습니다. 고해상도 레이더의 경우 K 대역(18GHz ~ 26.5GHz) 및 Ka 대역(26.5GHz ~ 40GHz)의 대형 안테나가 수년 동안 배치되어 왔습니다. 이러한 주파수 중복과 통신 시스템의 대형 안테나 어레이 수가 증가함에 따라 ICAS 애플리케이션을 위해 기존 인프라와 장비를 재사용할 수 있는 가능성이 열렸습니다. 더 높은 스펙트럼을 보면 77GHz에서 작동하는 자동차 레이더가 최근 몇 년간 확장되어 무선 네트워크에 감지 기능을 추가함으로써 기존 인프라를 활용하고 재사용할 수 있는 또 다른 기회를 제공하고 있습니다.
테스트 및 특성화
엔지니어는 다양한 주파수에서 감지 성능을 더 잘 이해하기 위해 테스트가 필요합니다. 예를 들어, 서로 다른 대역폭을 사용하여 24GHz와 77GHz의 감지를 비교하고 대조해야 합니다. 이러한 정보는 ICAS의 상용화에 도움이 될 것입니다. technology. 더욱 근본적으로 소위 FR7 대역의 통신 신호와 결합된 감지 신호가 어떻게 작동하는지 알기 위해서는 24GHz에서 3GHz까지의 전송 채널에 대한 더 나은 이해가 필요합니다. 3GPP에 의해 표준화된 기존 채널 모델에는 이 사용 사례에 대한 세부 정보가 부족합니다. NextG Alliance는 현재 감지 애플리케이션의 맥락에서 채널을 더 잘 이해할 수 있도록 소리 데이터를 수집하고 다양한 주파수 대역을 연구하고 있습니다.
기존 통신 채널 모델은 반사를 설명하지 않기 때문에 감지된 개체의 반사율을 특성화하는 모델이 필요합니다. 또한 지상에 있는 사람부터 비행하는 무인 항공기(UAV)에 이르기까지 감지 대상이 있는 복잡한 물리적 세계를 나타내는 다양한 신호 고도를 설명하는 모델이 필요합니다. 마지막으로 업계에서는 ICAS 사용 사례에서 대상의 이동성과 위치 변경을 설명하기 위해 동적 모델과 확률론적 모델을 사용하는 방법에 대한 논의가 필요합니다.
결론
통신 인프라에 감지 기능을 도입하는 것이 목표라면 통신 업계는 스펙트럼 할당과 감지 전용으로 사용해야 하는 네트워크 리소스의 양을 조사해야 합니다. 네트워크의 리소스를 최소화하고 센싱을 최대화해야 합니다. 또한 파형 설계를 통해 감지가 용이해지기 때문에 새로운 파형 설계를 고려해야 합니다. 마지막으로 이 작업에 대한 최적의 주파수를 찾으려면 여러 주파수에서 테스트해야 합니다. 전통적으로 감지 측정은 높은 mmWave 또는 테라헤르츠 주파수에서 발생합니다. 감지를 위해 이러한 대역 내에서 타당성을 확립해야 합니다. 기술적인 질문이 많지만 6G 네트워크에 센싱을 추가하는 것은 미래의 네트워크를 더욱 지능적으로 만들고 수많은 새로운 애플리케이션을 활성화할 유망한 기능입니다.
자세한 내용은
비디오: 6G에서 통합 감지 및 통신을 향한 이동, Nokia, https://www.youtube.com/watch?v=BCKQHQY7hMI.
비디오: VTC2023-봄 기조 연설: 통합 감지 및 통신: 그것은 예정된 것이었습니다, University College London, https://www.youtube.com/watch?v=Y8oCRAqtUCk
통합 감지 및 통신: 기술, 응용 프로그램, 도구 및 데이터 세트, 표준화 및 향후 방향 구현, 국립 보건원, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10236932/
6G 네트워크의 공동 통신 및 감지, Ericcson, https://www .ericsson.com/en/blog/2021/10/joint-sensing-and-communication-6g
Sarah의 배경은 전자레인지와 밀리미터파 기술입니다. 그녀는 Texas Tech University에서 전기공학 학사학위를 취득했습니다.
