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2022/2/25 11:28

中国移动夏亮:可见光通信助力6G能力提升,产学界应尽早研究

C114通信网  水易

C114讯 2月25日消息(水易)今日,由中国移动研究院主办的“遇见未来”——6G协同创新成果发布会在北京召开,发布了中国移动研究院在6G方面的阶段性成果。中国移动研究院主任研究员夏亮对《6G可见光通信技术白皮书》进行了解读。

可见光通信助力6G网络性能指标提升

为什么需要可见光通信?夏亮表示,随着通信需求的不断提高,移动通信网络需要更多的频谱,以满足更高容量和超高体验速率的需求。可见光通信(VLC)作为一种可以与照明相结合的新型通信模式,是现有无线通信的一种有效补充手段。

夏亮介绍,可见光通信具有诸多显著特点。频谱丰富:可见光通常是指频段380~790太赫兹的电磁波,有约400太赫兹候选频谱,具有大带宽的特点,易于实现超高速率通信。部署简单:可见光通信收发器件体积小、成本低,易于与照明设备结合实现超密集部署。绿色节能:可见光光源发光效率高,可兼具照明与通信等功能,具有低功耗、高能效的特点。电磁免疫:可见光和射频信号之间不会相互干扰,可以用于对电磁辐射较为敏感的场景。

“然而,可见光也存在着一些短板。”夏亮表示,现阶段商用的可见光器件的带宽较低,可见光传播易受阻挡、传播损耗比较大。此外,用户终端发光在日常使用中会带来很大的不便,因此可见光上行链路的应用场景受到限制。

结合可见光通信的特点,可见光通信的主要应用场景主要分为移动通信场景与垂直行业通信场景。

具体来看,移动通信场景包括面向传统通信用户的热点高容量场景、小型室内场景等。在这类场景中,需要考虑高速率、高流量密度、连续覆盖等要求,以满足无中断的较高的用户体验速率。垂直行业通信场景包括交通场景以及电磁严苛场景等。在这类场景中,需要考虑场景特点、业务特点,对可见光通信的可靠性、定位能力、功率控制等进行特殊设计。

目前来看,6G通信总体需求包括用户体验速率、峰值速率、流量密度、网络能效、定位精度等方面,而可见光通信的能力有望助力这些指标实现有效提升。

夏亮强调,为了更好地满足未来6G的场景需求,可见光通信首先要满足移动性要求,与传统的射频通信(如中低频、毫米波、太赫兹等)一起,支持移动用户连续的高速率通信业务,从而可以更好地支持消费者终端的应用,扩大可见光通信的产业规模;其次,在通信性能上需要达到调制带宽达到5GHz,峰值速率达到50Gbps,覆盖距离大于5米,流量密度大于100Mbps/m³等通信指标。

产学协同,尽早规划可见光通信研究

夏亮表示,综合考虑可见光通信的特点与面向6G的应用场景及需求,可见光通信还面临以下四大挑战。

第一、信道建模的挑战:一方面目前缺乏符合实际部署场景的可见光空间信道建模,另一方面需要针对不断演进的高速率可见光器件进行器件特性建模。

第二、材料与器件的挑战:需重点攻克可见光收发关键器件,提升器件的带宽、发射功率、灵敏度,降低非线性,全面提升器件的通信性能指标。另外还需兼顾照明的要求。

第三、空口传输的挑战:在调制波形选择上,需克服器件频响特性的影响,提出大带宽、高谱效、较远距离的传输方案;在可见光MIMO方面,需考虑可见光信道空间相关性大,具有光功率约束等特点。

第四、组网的挑战:需要解决上行难实现、下行易中断的痛点问题,支持移动性管理与干扰管理以满足高速率低中断的要求。

夏亮指出,针对以上挑战,可见光通信需要在信道建模、关键器件、传输技术与组网技术等四方面开展研究工作。

第一、信道建模方面:建立空间传播模型,考虑环境光、光源密度、光反射特性等因素对信道模型的影响;建立器件噪声与响应模型;建立可见光信道测量平台。

第二、关键器件方面:重点关注超辐射发光二极管、激光二极管、微LED、多色LED等能实现高速率传输的光源器件,通过材料、结构、阵列等设计提升器件的通信指标要求。

第三、传输技术方面:针对可见光信号的非负实数特性、信号非独立噪声等特性进行传输理论研究;针对非负实数约束、降低峰均比与削波优化等问题研究高谱效的调制波形;通过预均衡、自适应比特能量加载等技术提升系统带宽;综合利用非成像MIMO、成像MIMO、基于发送透镜的MIMO、预编码等技术提升可见光MIMO的性能。

第四、组网技术方面:通过射频与可见光融合接入、传输、连接管理等技术实现无线光融合组网,进而实现无线与可见光传输互补,满足一致的用户体验需求;通过无定形蜂窝网络架构与形成机制实现可见光超密集组网,满足高流量密度的需求。

最后,夏亮表示,面向2030年6G商用的时间点,中国移动倡议学术界和产业界尽早启动面向6G的可见光通信总体研究,规划可见光通信的产业推动方向与标准化研究方向,共同建立并完善可见光信道模型、完成关键器件技术路线选择与攻关、形成传输与组网等关键技术框架,为面向6G的可见光通信的标准化与产业应用奠定基础。

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