無線行業(yè)發(fā)展趨勢分析

2025 年至 2030 年間，無線行業(yè)將憑借三項技術(shù)進步繼續(xù)向無處不在的連接邁進：非地面網(wǎng)絡(luò) (NTN)、5G 向 6G 的演進以及 AI 原生系統(tǒng)。NTN 將改善偏遠地區(qū)的連通性，6G 技術(shù)將提高數(shù)據(jù)速度和用戶體驗，而 AI 原生網(wǎng)絡(luò)將優(yōu)化容量和覆蓋范圍。這些趨勢將利用新技術(shù)和自適應(yīng)人工智能算法重塑無線通信，帶來無與倫比的連接新時代。

無線趨勢 #1

非地面網(wǎng)絡(luò)：從救生員到必不可少的溝通推動者

存在著巨大的無線通信連接差距，特別是在受災(zāi)地區(qū)，因為傳統(tǒng)無線基礎(chǔ)設(shè)施的實施和維護成本越來越高，而且難度越來越大。解決方案是 NTN，它依賴于不受極端天氣條件影響的太空組件，例如衛(wèi)星和高空氣球 (HAB)。NTN 實用且具有成本效益，因為即使地面網(wǎng)絡(luò) (TN) 受損或被毀，它們?nèi)阅芾^續(xù)運行，為廣大地理區(qū)域提供可靠的緊急通信。

全球目前正在努力發(fā)射 NTN 星座，以建立由數(shù)萬顆衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)，連接農(nóng)村和偏遠的海洋地區(qū)。過去幾年，加拿大、法國和美國發(fā)射了數(shù)千顆衛(wèi)星。發(fā)射多顆衛(wèi)星可以提供冗余，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性和在幾顆衛(wèi)星發(fā)生故障時持續(xù)的連接性。HAB 可以補充衛(wèi)星以創(chuàng)建全面的 NTN，特別是在考慮時間和成本時。工程師可以在無法進行衛(wèi)星通信的地方使用 HAB 作為通信中繼。它們可以比衛(wèi)星更快、更便宜地部署，覆蓋直徑超過 600 英里的區(qū)域。HAB 還可以在較低的高度懸停，在 11 至 23 英里之間，這使得延遲比衛(wèi)星更低。將非地面網(wǎng)絡(luò)(NTNs)與衛(wèi)星和高海拔氣球(HABs)相結(jié)合，將有效解決偏遠和災(zāi)害多發(fā)地區(qū)的通信空白，并使可靠的通信網(wǎng)絡(luò)更加便捷。

NTN 依賴于基于空間的組件，即使極端天氣損壞或摧毀地面網(wǎng)絡(luò) (TN) 也能提供可靠的通信。

無線趨勢 #2

ISAC 和 RIS 塑造智能 6G 網(wǎng)絡(luò)的未來

集成可重構(gòu)智能表面 (RIS) 和集成傳感和通信 (ISAC) 對于 6G 無線通信系統(tǒng)的成功至關(guān)重要。這兩種技術(shù)相結(jié)合，使工程師能夠在感知和適應(yīng)實時條件的同時優(yōu)化通信環(huán)境，實現(xiàn)超出單獨使用任何一種技術(shù)所能實現(xiàn)的效率和靈活性。具體來說，ISAC 和 RIS 相互補充，提供環(huán)境感知和智能信號管理。

ISAC 可以通過提供實時環(huán)境數(shù)據(jù)來幫助 RIS 系統(tǒng)，從而調(diào)整 RIS配置以實現(xiàn)最佳信號路徑。作為回報，RIS 可以聚焦光束以提高傳感精度，使 ISAC 在傳感任務(wù)中實現(xiàn)更高的分辨率。通過結(jié)合使用 ISAC 和 RIS，還可以最大限度地減少電力浪費并優(yōu)化整體網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)性，從而促進無線通信系統(tǒng)的長期健康和可行性。RIS 通過操縱電磁波來避免在不必要的方向上傳輸信號，從而減少能源使用。RIS 還將信號反射到原本需要額外基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域，從而降低網(wǎng)絡(luò)的能源需求。ISAC 的聯(lián)合通信和傳感消除了為多個系統(tǒng)供電的需要，同時還具有節(jié)省成本的優(yōu)勢。

RIS 通過將信號反射到需要額外基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域來降低網(wǎng)絡(luò)的能源需求。

無線趨勢 #3

人工智能原生網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用受到追捧

將人工智能原理應(yīng)用于無線系統(tǒng)設(shè)計的工程師發(fā)現(xiàn)，許多應(yīng)用可以增強網(wǎng)絡(luò)功能，遠遠超出傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的功能。

設(shè)計無線廣域網(wǎng) (WWAN) 的工程師可以使用 AI 實現(xiàn)卓越的環(huán)境定位、先進的波束管理和精確的信道狀態(tài)信息 (CSI) 反饋。環(huán)境定位可確保在城市等高干擾、人口稠密的環(huán)境中保持不間斷的連接。隨著用戶數(shù)量的增長，先進的波束管理將支持更多同時連接而不會造成性能損失。在建立穩(wěn)定的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)后，CSI 反饋會對其進行微調(diào)，以最大限度地減少掉線并最大限度地提高數(shù)據(jù)速率。

人工智能對無線網(wǎng)絡(luò)的益處還延伸到實施下一代局域網(wǎng) (LAN) 和個人局域網(wǎng) (PAN)。對于局域網(wǎng)和個人網(wǎng)絡(luò)，AI 的突破包括情境感知和用戶行為分析。將人工智能與傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相結(jié)合，可以創(chuàng)建具有情境感知的智能環(huán)境，使用戶的環(huán)境適應(yīng)其行為，并提供個性化的基于位置的內(nèi)容。隨著用戶行為的變化，用戶行為分析將確定他們的網(wǎng)絡(luò)使用模式，促進容量規(guī)劃和資源分配。

無線廣域網(wǎng) (WWAN) 可以使用 AI 實現(xiàn)卓越的環(huán)境定位和先進的波束管理。

未來發(fā)展之路

無線通信的未來需要工程師整合非地面網(wǎng)絡(luò)、6G 技術(shù)和 AI 原生系統(tǒng)來實現(xiàn)全球連接。距離 6G 到來僅剩五年時間，工程師在設(shè)計下一代無線系統(tǒng)時必須采用跨學(xué)科的方法。當(dāng)這些學(xué)科和其他學(xué)科共同協(xié)作克服未來的無線挑戰(zhàn)時，全球大多數(shù)地區(qū)，無論地理位置或天氣條件如何，都可以可靠地訪問下一代無線連接。

| 關(guān)于作者

Houman Zarrinkoub

Houman Zarrinkoub 博士是 MathWorks 負(fù)責(zé)無線通信產(chǎn)品的首席產(chǎn)品經(jīng)理。在此領(lǐng)域 30 年的職業(yè)生涯中，他獲得了電信博士學(xué)位，負(fù)責(zé)管理軟件工程師團隊，獲得了多項信號處理專利，并撰寫了一本關(guān)于 4G LTE 標(biāo)準(zhǔn)的書籍。

Mike McLernon

自 2001 年加入 MathWorks 以來，Mike McLernon 一直負(fù)責(zé)監(jiān)督 Communications Toolbox 中眾多 PHY 層功能的開發(fā)，以及與多個 SDR 硬件平臺的連接，并倡導(dǎo)通信和軟件定義無線電產(chǎn)品。他獲得弗吉尼亞大學(xué) BSEE 和倫斯勒理工學(xué)院的 MEEE，在衛(wèi)星和無線行業(yè)有 30 多年的工作經(jīng)驗。