Komunikasi dan penderiaan bersepadu pada frekuensi mmWave dan sub-THz boleh menambahkan pengesanan lokasi yang membantu mengelakkan kemalangan dalam kalangan pejalan kaki, basikal dan kenderaan.
Dengan pelancaran komersial 5G sedang berjalan dengan baik, pengguna kini boleh menggunakan keupayaannya. Walaupun begitu, industri telekom sedang meletakkan asas untuk komunikasi selular generasi akan datang. 6G akan menggunakan banyak teknologi untuk merapatkan dunia digital dan fizikal melalui ketersambungan di mana-mana. Komunikasi dan Penderiaan Bersepadu (ICAS) — juga dikenali sebagai Komunikasi dan Penderiaan Bersama (JCAS) — nampaknya akan menjadi bahagian teras 6G. Penderiaan dalam rangkaian bertujuan untuk memanfaatkan sejumlah besar infrastruktur rangkaian yang sedia ada supaya penderiaan boleh datang sebagai utiliti "percuma" yang boleh meningkatkan ketersambungan peranti-ke-peranti dan peranti-ke-manusia.
Rajah 1. Dalam rajah konseptual ini, isyarat komunikasi dan penderiaan boleh bergerak antara stesen pangkalan, kereta dan pejalan kaki.
Menggabungkan komunikasi dengan penderiaan boleh memberikan manfaat rangkaian yang ketara. Pertimbangkan rajah dalam Rajah 1 dan kes penggunaan pemanduan autonomi. Isyarat radar boleh mencari lokasi tepat objek di sekeliling kereta, yang boleh berkongsi maklumat ini dengan kenderaan autonomi lain serta rangkaian. Gabungan penderiaan dan komunikasi menyediakan kedudukan yang tepat dan membolehkan rangkaian 6G menyampaikan pemantauan spatial.
Idea ICAS adalah mudah: mengesan data tentang dunia fizikal dengan menambahkan isyarat penderiaan pada isyarat komunikasi tradisional. Secara teori, isyarat komunikasi boleh menduduki sebahagian daripada jumlah lebar jalur yang diperuntukkan. Isyarat penderiaan, seperti kicauan radar atau isyarat bunyi, boleh menduduki seluruh lebar jalur yang diperuntukkan. Menggabungkan kedua-dua isyarat ini menjadi satu bentuk gelombang membolehkan aplikasi berbeza berkongsi antena dan perkakasan transceiver sambil menduduki kepingan spektrum yang sama. Spektrum dan ruang fizikal di dalam peralatan pengguna adalah sumber terhingga dan boleh membawa kepada teknik kreatif yang memaksimumkan kedua-duanya. Penyelidikan diteruskan ke dalam bentuk gelombang yang paling sesuai untuk isyarat penderiaan serta untuk nisbah ideal penderiaan berbanding lebar jalur komunikasi.
Pertimbangan dan cabaran reka bentuk
Untuk isyarat di bawah 6 GHz, mengurangkan lebar jalur isyarat komunikasi adalah tidak realistik. Memaksimumkan pemprosesan data kekal menjadi keutamaan pada frekuensi ini kerana ia mencapai kawasan yang luas dengan liputan luar dan dalam. Pada jalur yang lebih tinggi, jumlah lebar jalur yang tersedia dalam julat gigahertz, memberikan sebahagian lebar jalur itu kepada isyarat penderiaan akan berfungsi. Tidak kira kekerapan, pertukaran akan sentiasa wujud antara resolusi isyarat penderiaan dan daya pemprosesan isyarat komunikasi. Contohnya, jika kicauan radar ialah isyarat penderiaan, lebar jalur 1 GHz diperlukan untuk mendapatkan ketepatan julat 15 cm. Sesetengah aplikasi mungkin memerlukan tahap ketepatan ini atau lebih ketat. Oleh itu, penyelesaian "satu saiz sesuai untuk semua" untuk cabaran lebar jalur penderiaan berbanding komunikasi adalah tidak mungkin. Struktur bingkai yang fleksibel dan numerologi boleh dikonfigurasikan semula boleh mengatasinya.
Rajah 2. Menggunakan TDD, pemancar menghantar isyarat penderiaan dan komunikasi pada masa yang berbeza di mana setiap satu mendapat keseluruhan lebar jalur.
Pertimbangkan untuk mengikuti contoh dua konfigurasi bentuk gelombang yang berbeza. Dalam Rajah 2, lebar jalur penuh isyarat digunakan untuk penderiaan dengan menggunakan bingkai berselang-seli. Pendekatan dupleks domain masa (TDD) ini memberikan resolusi penderiaan yang tinggi. Malangnya, ia mempunyai julat yang terhad.
Dalam konfigurasi kedua (Rajah 3), isyarat penderiaan lebar jalur sempit diletakkan dalam subpembawa isyarat OFDM yang tidak digunakan. Pendekatan dupleks pembahagian frekuensi (FDD) ini membolehkan julat penderiaan yang lebih panjang tetapi dengan resolusi yang lebih rendah. Tiada pendekatan yang salah, tetapi contoh ini menunjukkan jenis pertukaran yang perlu dipertimbangkan oleh jurutera semasa mereka bentuk pemancar dan penerima untuk bentuk gelombang ISAC.
Rajah 3. Menggunakan FDD, isyarat penderiaan dan komunikasi muncul serentak, tetapi masing-masing menempati kurang lebar jalur berbanding dengan TDD.
Frekuensi yang lebih tinggi mempunyai faedah penderiaan selain lebar jalur yang tersedia. Untuk radar resolusi tinggi, antena besar dalam K-band (18 GHz hingga 26.5 GHz) dan Ka-band (26.5 GHz hingga 40 GHz) telah digunakan selama bertahun-tahun. Pertindihan dalam frekuensi ini dan semakin banyak susunan antena yang lebih besar dalam sistem komunikasi membuka potensi untuk menggunakan semula infrastruktur dan peralatan sedia ada untuk aplikasi ICAS. Melihat lebih tinggi dalam spektrum, radar automotif yang beroperasi pada 77 GHz telah berkembang dalam beberapa tahun kebelakangan ini, memberikan satu lagi peluang untuk memanfaatkan dan menggunakan semula infrastruktur sedia ada dengan menambahkan penderiaan pada rangkaian wayarles.
Pengujian dan pencirian
Jurutera memerlukan ujian untuk lebih memahami prestasi penderiaan pada frekuensi yang berbeza. Sebagai contoh, kita perlu membandingkan dan membezakan penderiaan pada 24 GHz dan 77 GHz dengan lebar jalur yang berbeza. Maklumat semacam ini akan membantu untuk mengkomersialkan ICAS teknologi. Malah pada asasnya, kami memerlukan pemahaman yang lebih baik tentang saluran penghantaran dari 7 GHz hingga 24 GHz untuk mengetahui cara isyarat penderiaan digabungkan dengan isyarat komunikasi dalam jalur yang dipanggil FR3 akan berfungsi. Model saluran sedia ada yang diseragamkan oleh 3GPP kurang terperinci untuk kes penggunaan ini. NextG Alliance sedang mengumpul data bunyi dan menyelidik jalur frekuensi yang berbeza supaya kami dapat memahami saluran dengan lebih baik dalam konteks aplikasi penderiaan.
Kami memerlukan model yang mencirikan pemantulan objek deria kerana model saluran komunikasi tradisional tidak mengambil kira pantulan. Kami juga memerlukan model yang merangkumi altitud isyarat yang berbeza, yang mewakili dunia fizikal yang kompleks dengan sasaran pengesanan daripada orang di darat hingga menerbangkan kenderaan udara tanpa pemandu (UAV). Akhir sekali, industri memerlukan perbincangan mengenai penggunaan model dinamik berbanding stokastik untuk mengambil kira mobiliti dan perubahan kedudukan sasaran dalam kes penggunaan ICAS.
Kesimpulan
Jika matlamatnya adalah untuk membawa penderiaan ke dalam infrastruktur komunikasi, industri komunikasi mesti meneroka peruntukan spektrum dan jumlah sumber rangkaian yang perlu dikhususkan untuk penderiaan. Kita perlu meminimumkan sumber daripada rangkaian dan memaksimumkan penderiaan. Tambahan pula, kita mesti mempertimbangkan reka bentuk bentuk gelombang baru kerana reka bentuk bentuk gelombang boleh memberi kemudahan penderiaan. Akhir sekali, kami memerlukan ujian pada beberapa frekuensi untuk mencari kekerapan optimum untuk operasi ini. Secara tradisinya, pengukuran penderiaan berlaku pada gelombang mm tinggi atau pada frekuensi terahertz. Kita perlu mewujudkan kebolehlaksanaan dalam jalur ini untuk penderiaan. Walaupun kami mempunyai banyak soalan teknikal, menambah penderiaan pada rangkaian 6G adalah ciri yang menjanjikan yang akan menjadikan rangkaian masa hadapan lebih pintar dan membolehkan pelbagai aplikasi baharu.
Untuk maklumat lanjut
Video: Melangkah ke arah penderiaan dan komunikasi bersepadu dalam 6G, Nokia, https://www.youtube.com/watch?v=BCKQHQY7hMI.
Video: VTC2023-Spring Keynote: Integrated Sensing and Communications: It was Meant to Be, University College London, https://www.youtube.com/watch?v=Y8oCRAqtUCk
Penderiaan dan Komunikasi Bersepadu: Teknik Pembolehan, Aplikasi, Alat dan Set Data, Standardisasi dan Hala Tuju Masa Depan, Institut Kesihatan Negara, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10236932/
Komunikasi dan penderiaan bersama dalam rangkaian 6G, Ericcson, https://www .ericsson.com/en/blog/2021/10/joint-sensing-and-communication-6g
Latar belakang Sarah adalah dalam teknologi gelombang mikro dan milimeter. Beliau mempunyai BS dalam kejuruteraan elektrik dari Texas Tech University.
