什么是6G？使用MATLAB進(jìn)行6G建模和仿真

什么是 6G？

6G 是下一代移動無線通信系統(tǒng)，旨在提供更包容和可持續(xù)的無線連接。6G 研發(fā)旨在大幅提高當(dāng)前 5G 通信系統(tǒng)的性能，使 6G 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速度更快、處理的帶寬更大并且延遲更低。

因此，6G 系統(tǒng)可以催生新的應(yīng)用，如虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (VR/AR)、人工智能 (AI)、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化、通過非地面網(wǎng)絡(luò) (NTN) 的全覆蓋、通信傳感一體化以及低功耗無線通信。

當(dāng)您準(zhǔn)備好開始使用 6G 時，可以使用 MATLAB 及其無線通信工具來加速您的 6G 系統(tǒng)設(shè)計。

使用 MATLAB 中開放、可編輯和可自定義的算法作為 6G 設(shè)計的起點(diǎn)。

使用 MATLAB 中易用的自定義波形生成、硬件連接和 AI 建模功能持續(xù)測試您的設(shè)計。

同時優(yōu)化 6G 系統(tǒng)的數(shù)字、射頻和天線陣列組件，使您能夠更高效地探索多維設(shè)計空間。

使用 MATLAB 產(chǎn)品同時優(yōu)化 6G 無線系統(tǒng)的數(shù)字、射頻/模擬和天線/陣列組件。

6G 的演進(jìn)之路

無線通信標(biāo)準(zhǔn)大約每 10 年升級一代。作為 3GPP 版本 15 的一部分，5G 標(biāo)準(zhǔn)首次發(fā)布于 2018 年，目前仍在持續(xù)演進(jìn)中。例如，下一個 5G 標(biāo)準(zhǔn)（版本 18）稱為 5G-Advanced，將于 2024 年發(fā)布。與此同時，下一代 6G 系統(tǒng)的研發(fā)正在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。據(jù)大多數(shù)觀察人士估計，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu) ITU（國際電信聯(lián)盟）將在 2026 年左右發(fā)布 IMT-2030 文檔，對 6G 愿景和需求進(jìn)行設(shè)定。3GPP（第三代伙伴關(guān)系計劃）標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)將在 2028 年至 2030 年間的某個時候根據(jù)這些需求制定 6G 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

6G 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化和交付的預(yù)計時間軸。

6G 的應(yīng)用

盡管 6G 系統(tǒng)需求尚未最終確定，但許多專家都認(rèn)為，6G 網(wǎng)絡(luò)將建立在 5G 和 5G-Advanced 系統(tǒng)成功的基礎(chǔ)之上，并支持以下新應(yīng)用：

多感官擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)和觸覺反饋 - 支持不同設(shè)備、更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲

立體媒體流和遠(yuǎn)程呈現(xiàn) - 支持立體內(nèi)容、三維數(shù)據(jù)集和全息呈現(xiàn)

互聯(lián)工業(yè)自動化 - 支持農(nóng)業(yè)機(jī)械化和遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大規(guī)模機(jī)器類型通信

自動駕駛汽車和群系統(tǒng) - 增強(qiáng) V2X 通信、車聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)和機(jī)器人

覆蓋范圍極廣和聯(lián)所未連 - 使用非地面網(wǎng)絡(luò) (NTN) 和衛(wèi)星通信彌合“數(shù)字鴻溝”，將偏遠(yuǎn)、農(nóng)村和未開發(fā)地區(qū)的人們連接在一起

超低功耗和零能耗 - 直接從無線電波中獲取能量，大幅降低無線系統(tǒng)的功耗

6G 的關(guān)鍵技術(shù)

盡管 6G 系統(tǒng)的具體規(guī)范尚未確定，但專家們認(rèn)為以下技術(shù)將催生新的應(yīng)用和功能：

包括亞太赫茲通信在內(nèi)的新頻率

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)

可重構(gòu)智能表面 (RIS)

通信傳感一體化

新數(shù)字波形

包括亞太赫茲通信在內(nèi)的新頻率

6G 通信系統(tǒng)中將很有可能使用 7-24 GHz 頻段和亞太赫茲頻段（大于 100 GHz）內(nèi)的新頻率。而這又會催生新的頻譜管理方法，加快數(shù)據(jù)速率和傳輸速度，增加 6G 網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸帶寬，同時減少網(wǎng)絡(luò)干擾。

使用無線波形發(fā)生器在 MATLAB 中生成和可視化自定義 5G 波形，有助于您識別、設(shè)計和調(diào)節(jié)創(chuàng)新的 6G 波形。

通信傳感一體化

6G 將充分發(fā)揮將無線網(wǎng)絡(luò)的定位和傳感功能與其通信功能集成的優(yōu)勢。這種集成可以獲取更準(zhǔn)確的室內(nèi)空間、范圍、障礙物和定位信息并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，從而顯著提高室內(nèi)通信場景的性能。此外，通過引入亞太赫茲頻譜中的新頻率，6G 系統(tǒng)可以通過利用類似雷達(dá)的技術(shù)為非常精確的傳感鋪平道路。

基于 AI 方法的室內(nèi)傳感和定位技術(shù)有助于改進(jìn)室內(nèi)無線連接。在 MATLAB 中生成的圖像。

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)

5G-Advanced 系統(tǒng)中已采用了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)方法。6G 網(wǎng)絡(luò)將延續(xù)這種趨勢，依然使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的 AI 方法，以便更好地配置、優(yōu)化和自行組織無線通信。6G 無線通信標(biāo)準(zhǔn)將支持基于 AI 的空中接口以改進(jìn)功能，如聯(lián)合壓縮和編碼、波束成形、信道狀態(tài)信息 (CSI) 壓縮以及定位。

借助 Deep Learning Toolbox，您可以在 MATLAB 中訓(xùn)練和測試深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，以用于無線通信問題分析和設(shè)計。

可重構(gòu)智能表面

6G 研究可能還會借助可重構(gòu)智能表面 (RIS) 的潛力，使我們能夠動態(tài)地和程式化地控制信號在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播。通過這項(xiàng)技術(shù)，我們可以通過更改表面材料的電磁屬性來反射和主動引導(dǎo)傳入的信號。

可重構(gòu)智能表面有助于確保用戶設(shè)備獲得最高的接收信號功率。

使用 MATLAB 進(jìn)行 6G 建模和仿真

MATLAB 能夠幫助應(yīng)對 6G 無線通信工作流中的一系列設(shè)計挑戰(zhàn)。

使用 MATLAB、5G Toolbox 和其他基于 MATLAB 的無線通信工具，您可以現(xiàn)在就對 6G 無線通信系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，并評估其支持技術(shù)的影響。

使用開放的 MATLAB 函數(shù)針對 6G 創(chuàng)建和優(yōu)化您的知識產(chǎn)權(quán) (IP)，并將您的創(chuàng)新與現(xiàn)有基準(zhǔn)進(jìn)行比較。

探索當(dāng)前 5G 標(biāo)準(zhǔn)允許的參數(shù)之外的 6G 波形生成（采用新頻段、帶寬和參數(shù)集）。

針對大規(guī)模 MIMO、更大帶寬和更高采樣率擴(kuò)展您的仿真。通過將大型和長期運(yùn)行的仿真分布在多個核、集群或云上并利用 GPU 來對其進(jìn)行管理。

針對新毫米波和亞太赫茲頻率執(zhí)行更快速、更準(zhǔn)確的射頻組件建模。

在毫米波和亞太赫茲頻段內(nèi)對傳播損耗和信道模型進(jìn)行仿真。

執(zhí)行端到端鏈路級仿真、場景建模、軌道傳播和可視化，以對非地面網(wǎng)絡(luò) (NTN) 進(jìn)行建模。

探索射頻傳感，并通過分析射頻波形來檢測場景中是否存在事件或人。

研究可重構(gòu)智能表面 (RIS) 對整個系統(tǒng)性能的影響。

應(yīng)用人工智能 (AI) 方法，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)或強(qiáng)化學(xué)習(xí)工作流，以解決 6G 無線通信問題。