صنعت ارتباطات جهانی در آستانه یک دوره جدید قرار دارد، در حالی که شبکه های 5G همچنان به گسترش و بالغ شدن ادامه می دهند، محققان و نهادهای استاندارد در حال حاضر زمینه کار برای 6G را ایجاد می کنند - نسل ششم ارتباطات بی سیم انتظار می رود تا در اطراف 2030، 6G وعده داده شده برای تحویل میزان داده ها در محدوده ترابیت، تاخیر زیر میلی ثانیه و توانایی مدرن برای اتصال سیستم های پردازش سیگنال های بلند پروازانه، این سیگنال های بعدی را دریافت می کنند.

تکامل از 5G به 6G: چرا پردازش سیگنال اهمیت دارد

پردازش سیگنال همیشه یک فعال کننده حیاتی در هر نسل از فن آوری بی سیم است.در 2G، فیلترهای ساده و برابر سازی کافی است. 3G تشخیص چند کاربر و پردازش CDMA را به ارمغان آورد. 4G LTE OFDM و گیرنده های MIMO را معرفی کرد. 5G بیشتر با MIMO و مدل های گسترده ای حرکت می کند.

نوآوری های هسته ای در پردازش سیگنال 6G

الگوریتم های Adaptive Algorithms

هوش مصنوعی و یادگیری ماشین نه تنها برای 6G افزایش می یابد بلکه پایه و اساس است.شبکه های عصبی عمیق می توانند رفتار کانال را از داده های خام یاد بگیرند، روش های مبتنی بر مدل سازی مبتنی بر مدل سازی غیر خطی، الگوریتم های زمان متغیر برای برآورد کانال، تشخیص و رمزگشایی، اغلب جایگزین یا تقویت روش های سنتی ziestimator و یادگیری Witer، به طور مشترک نیاز به سیستم انتخاب دقیق و سیستم های خودکار می یابد.

MIMO و فراتر از آن

MIMO (Multiple-input Multi-خروج) یک نوآوری کلیدی در 5G بود که با استفاده از صدها آنتن در ایستگاه پایه برای 6G، مقیاس به طور چشمگیری گسترش می یابد - به هزاران یا حتی ده ها هزار عنصر آنتن در قالب سطوح بزرگ هوشمند (LIS) و یا سطوح هوشمند قابل تنظیم مجدد (RIS) الگوریتم پردازش سیگنال دیجیتال باید به طور موثر پردازش کند و تجزیه و تحلیل می شود (شکل دهی نمونه های پردازش).

تکنیک های پیشرفته Beam

Beammaking در 6G باید در طیف وسیعی از فرکانس ها، از زیر 6 گیگاهرتز تا میلیمتری و THz، الگوریتم های پرتو سازی تطبیقی که می تواند کاربران به سرعت در حال حرکت را ردیابی کند - مانند کسانی که در قطارهای با سرعت بالا یا هواپیماهای بدون کیفیت پایین هستند - ضروری است. Hierarchicalificationicalificationicalification، روش های پرتوی، و سنجش فشرده، هماهنگی سریع بدون نظارت دقیق، علاوه بر این موارد دسترسی یکپارچه را فراهم می کند.

پردازش سیگنال های کوانتومی-Asisted Signal Processing

رشد نمایی در داده ها و شمارش آنتن باعث می شود برخی از مشکلات پردازش سیگنال با کامپیوترهای کلاسیک سازگار باشد. پردازش سیگنال کوانتومی استفاده از الگوریتم های کوانتومی را برای وظایف مانند حل سیستم های خطی بزرگ برای پرتوهای پیش بینی شده، اجرای ماتریس برای حداقل قطعات، و سرعت جستجو بر روی کتاب های کد نویسی بررسی می کند، در حالی که رایانه های کوانتومی کامل هنوز سال ها دور هستند، سیستم های کلاسیک و کوانتومی برای حل منابع الهام بخش های نزدیک به طور اختصاصی می توانند به گسترش یابند.

پردازش انرژی-Efficient Processing

مصرف انرژی یک چالش حیاتی برای 6G است، به ویژه در دستگاه های باتری و شبکه های سنسور عظیم. نسل بعدی الگوریتم پردازش سیگنال با آگاهی از انرژی طراحی شده است، این شامل استفاده از تکنیک های محاسباتی تقریبی، مانند محاسبات کم دقت برای شبکه های عصبی، و پردازش مبتنی بر رویداد است که تنها در صورت نیاز فعال می شود.

چالش های فنی و مرزهای تحقیقاتی

Real-Time Processing Constraints

هدف تأخیر زیر میلی ثانیه برای 6G، الزامات دقیق زمان واقعی را به وجود می آورد. بسیاری از الگوریتم های پیشرفته، به ویژه کسانی که بر اساس یادگیری عمیق، تاخیر محاسباتی بالا را نشان می دهند. محققان در حال بررسی طراحی نرم افزار نرم افزار نرم افزار هستند، از جمله شتاب دهنده های مبتنی بر FPGA و ASIC های سفارشی، برای اجرای در داخل مهلت های تنگ، همچنین نوآوری های الگوریتمی مانند یادگیری یک شات و یادگیری نیاز به پردازش مداوم کاربر دارند.

افزایش در سناریوهای با کیفیت بالا

6G برنامه هایی مانند راه آهن با سرعت بالا (تا 1000 کیلومتر در ساعت) و پیش بینی های کانال پهپاد را به شدت به دلیل تغییرات سریع Doppler و الگوریتم های کلاسیک مانند فیلترهای Kalman ترکیب شده با پیش بینی های یادگیری عمیق برای پیش بینی تغییرات کانال. برآورد خلبان نیاز به کارآمد برای جلوگیری از تکنیک های سربار مانند کانال کور و روش های برآورد بالا، علاوه بر این، به دست آوردن خود از سایر عوامل توجه قوی است.

ادغام با NextGeneration Hardware

الگوریتم پردازش سیگنال را نمی توان در انزوا توسعه داد؛ آنها باید به شدت با فرکانس رادیویی زیرمجموعه و سخت افزار دیجیتال همراه باشند. تحولات جدید در مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADCs) با وضوح بالا اما قدرت پایین، و در پردازش پیچیده، طراحی الگوریتم های طراحی نفوذ، به عنوان مثال، 1 بیتی ADC در گیرنده نیاز به الگوریتم های تخصصی است که می تواند اطلاعات را از الگوریتم های گسترده بازیابی کند، به همین ترتیب استفاده از الگوریتم های منحصر به فرد و غیر مادی برای استفاده از الگوریتم های غیر مواد افزودنی است.

صنعت و تلاش های علمی

پروژه ها و سازمان های متعدد به طور فعال در حال تحقیق در مورد پردازش سیگنال 6G (FLT:03rd Generation Partnership Project (3GPP) هستند همچنین مراحل مطالعه خود را برای 6G آغاز کرده است، در حالی که ITU-T [FLT3] اسناد دید علمی مانند IEEE] طرح های کاربردی در حال توسعه داده شده در حال توسعه به طور منظم در حال توسعه تراشه های سیگنال ویژه.

چشم انداز آینده: رویکردهای ترکیبی و یادگیری عمیق

مسیر پردازش سیگنال 6G به سمت راه حل های هیبریدی است. الگوریتم های مبتنی بر مدل کلاسیک تضمین های ریاضی و تفسیر را ارائه می دهند، در حالی که روش های مبتنی بر داده سازگاری و عملکرد برتر در سناریوهای ناشناخته را فراهم می کنند. سیستم های آینده احتمالا هر دو را ترکیب می کنند - به عنوان مثال، استفاده از شبکه های عصبی برای استخراج پیش بینی های پیام های صوتی و یا استفاده از پارامترهای هماهنگی الگوریتم های سنتی امیدوار کننده است که می تواند به طور چشمگیری از هدایت گیرنده های پیام رسانی و سیستم های پردازش پیام رسانی ساده استفاده کند و ساده استفاده کند، و ساده برای کاهش دهد.

از آنجایی که 6G از مفهوم به واقعیت حرکت می کند، توسعه الگوریتم های پردازش سیگنال نسل بعدی عامل تعیین کننده ای در دستیابی به پتانسیل کامل آن خواهد بود.چالش ها بسیار عظیم هستند، اما بنابراین فرصت ها هستند. محققان و مهندسان در حال حاضر پیشگام الگوریتم هایی هستند که شبکه های بی سیم از 2030 را زیر پا می گذارند و فراتر از آن، برنامه های کاربردی از واقعیت گسترش یافته به جراحی، سیستم های مستقل و نظریه سفر به سیستم های استاندارد سازی ادامه می دهد.

در نتیجه، تکامل پردازش سیگنال برای 6G یک تقاطع جذاب از هوش مصنوعی، محاسبات کوانتومی و ریاضیات پیشرفته است. الگوریتم هایی که امروزه توسعه یافته اند صرفاً بهبودهای تدریجی نیستند؛ آنها نشان دهنده یک تغییر پارادایم در چگونگی فکر کردن ما در مورد و اجرای ارتباطات بی سیم هستند، زیرا این تکنولوژی ها بالغ، آنها مرزهای جدیدی را در اتصال باز می کنند و در موج بعدی تحول دیجیتال به ما تبدیل می شوند.