Kun televiestintäteollisuus alkaa luoda pohjaa kuudennen sukupolven (6G) verkoille, vaihemodulaatioteknologiasta on tulossa kriittinen mahdollistaja vuoteen 2030 mennessä odotettavissa oleville äärimmäisille suorituskykytavoitteille. Vaikka 5G on jo ylittänyt spektrisen tehokkuuden ja latenssin rajat, 6G:n tavoitteena on saavuttaa terabittiset sekunnin mittaiset datan määrät, kuutiometriset latenssit ja erittäin luotettavat yhteydet massiivisiin laitetiheyden mukaan. Vaihemodulaatioon.Tietojen koodausprosessin on kehityttävä merkittävästi näiden tavoitteiden tueksi. Tässä artikkelissa tarkastellaan keskeisiä suuntauksia, laitteistoinnovaatioita, sovelluksia ja haasteita vaihemoduloinnin muotoilussa 6G:lle käyttäen perustana viimeisimpiä tutkimus- ja teollisuusaloitteita.

Evoluutio 5G:stä 6G:n vaiheeseen

5G New Radio (NR) käyttää vaihemodulaation muodossa quadrature amplitudimodulation (QAM) enintään 256-QAM ja joissakin kehittyneissä malleissa 1024-QAM. Nämä järjestelmät vaihemuokkaavat sekä vaihe- että quadrature-komponentteja operaattorin lisätä bittiä per symboli. Kuitenkin 6G vaatii paljon korkeampien tilauksien modulointi (esim. 4096-QAM tai sen jälkeen) yhdistettynä äärimmäisiin kaistanleveyksiin subterahertz (sub-THz) ja millimetriaalto (mmWave) -kaistoilla. Näillä taajuuksilla perinteinen vaihemodulointi on vaikeasti heikentynyt: Oskillaattorien vaihemelusta tulee hallitsevaa, kanavan yhtenäisyysajat kutistuvat ja laitteiston epälineaarisuus vääristää signaalia.

6G:n vaiheen muutostrendit

Useita teknologisia suuntia tutkitaan aktiivisesti 6G-vaihemoduloinnin ainutlaatuisten vaatimusten täyttämiseksi. Nämä ovat fyysisiä kerrosinnovaatioita ja monikerroksisia integroitumista tekoälyyn.

Ala-THz ja mm-Wave vaihe meluhaasteet

Yli 100 GHz:n taajuuksilla paikallisista oskillaattoreista tuleva vaihemelu voi merkittävästi heikentää virhevektorin suuruusluokkaa (EVM). Perinteiset vaiheislukitut silmukkat (PLL) kamppailevat ylläpitääkseen matalaa jittiä näillä kantoaaltotaajuuksilla. Tutkijat tutkivat []-vaihemelun korvaustekniikoita[[], mukaan lukien päätöksenteko-ohjatut vaiheseuranta, pilottiavusteinen arviointi ja iteratiiviset yhteisvaiheet ja kanavan arviointi. Esimerkiksi äskettäin julkaistu IEEE-paperi osoitti, että iteratiivisen turboekselennyksen yhdistäminen vaihemelun seurantaan voi palauttaa suorituskyvyn 140 GHz:n kaistalla, joka muutoin tekisi 64-QAM:n käyttökelvottomaksi. Ulkoinen linkki: IEEE .

AI-tehostettu vaiheseuranta ja korjaus

Toisin kuin perinteiset mallipohjaiset lähestymistavat , hermoverkot voivat oppia 6G-lähettimien monimutkaiset, epälineaariset vaihemeluominaisuudet [[]. Esimerkiksi toistuva hermoverkko (RNN) voi seurata Doppler- ja oskillaattorien aiheuttamia aikavaihtelun offsetteja, mikä vähentää tiheän pilotin overline-arvon tarvetta. Nokia Bell Labsin tutkijat ovat osoittaneet, että kevyt syväoppimismoduuli voi parantaa EVM:ää 3.... 3.......................................................................................................................................

Orbital kulma Momentum Multiplexing

OAM käyttää vaiherakennetta avaruuden aaltorintamalla. Tämä tarjoaa lisävapauden, joka mahdollistaa useiden riippumattomien datavirtojen lähettämisen samalla taajuudella. OAM-monitoimi voi 6G:ssä moninkertaistaa spektritehokkuuden 10x:llä tai useammalla, erityisesti näkökentän linja-aukeaman ja kiinteiden langattomien yhteysyhteyksien osalta. Haasteita on kuitenkin edelleen: tarvitaan tarkka vaiheohjaus aukon läpi ja ilmakehän turbulenssi voi vääristää OAM-vaiherintamaa, mikä edellyttää edistyneitä adaptiivisia optiikkaa ja digitaalista korvausta.

Hybridien mukauttamisjärjestelmät

Perinteisten QAM-arvojen lisäksi 6G todennäköisesti käyttää -hybridivaihe-amplitudimodulaatio[-yhdistettä yhdistettynä muihin ulottuvuuksiin, kuten polarisaatioon ja spatiaaliseen multipleksointiin. Esimerkiksi tähtien konstellaation muotoilu[[] (esim. 64-APSK, 256-APSK) pienentää huippu-keskitehosuhdetta (PAPR) säilyttäen samalla korkean spektritehokkuuden.

Hardware-innovaatioiden mahdollistaminen

Ilman huippuluokan laitteistoa edistyneimmät vaihemodulaatioalgoritmit ovat teoreettisia. Kaksi kriittistä laitteisto-alaa on mullistettu 6G:lle.

Ultra-low-vaiheiset melunvaimennuslaitteet

Oskillaattori on kaikkien vaihemodulaatiojärjestelmien sydän. 6G vaatii oskillaattoreita, joiden vaihemelu on alle -150 dBc/Hz 1 MHz:n etäisyydellä yli 100 GHz:n kantoraketeista. Kehittyvät teknologiat sisältävät []fotonisia RF-oskillaattoreita[] (optisiin taajuuskampaamiin perustuva) ja []inP-moliittioskillaattoreita (indiumfosfidi) ], joissa on digitaalinen PLL-kalibrointi. Esimerkiksi hiljattain suoritettu fotoniavusteinen oskillaattori on saavutettu -163 dBc/Hz 10 kHz:n offset-tasolla, yhteensopiva 4096-QAM:n kanssa 300 GHz:n aallolla. Nämä oskillaattorit tukevat myös ultralaaja-laaja-asennettuja viritysalueita, joita tarvitaan operaattorin aggregaatissa.

Korkearesoluutioiset DAC- ja vaihevaihtimet

Digitaali-analogiset muuntimet (DAC) on muunnettava korkeatilausmodulaatiosignaalit riittävän resoluution avulla vaihetarkkuuden säilyttämiseksi. 6G-tukiasemat voivat vaatia 16-bittistä erottelua monigiganäytteenottosekuntinopeuksilla. Samalla syntyy [analogisia vaihemuuntimia[] vaiheväliantenneja varten. Ulkoinen linkki: Luontoelektroniikka . ...

Integrointi uudelleenkonfiguroituihin älykkäisiin pinnoihin

RIS-järjestelmän säädöt ovat passiivisia tai puolipassiivisia paneeleja, jotka voivat dynaamisesti muuttaa imppeeraavien signaalien vaihevastetta. 6G-kontekstissa [vaihemodulaatio RIS[] -järjestelmässä voidaan ohjelmoida esimerkiksi RIS-järjestelmä, joka heijastaa tiettyä vaihemallia, joka sisältää tietoa RIS-elementeistä, joiden latausvoima ja tehonkulutus ovat matalat. Tämä luo hajautetun vaihemodulaatiojärjestelmän, jossa lähetin ja RIS-järjestelmät yhdessä muokkaavat signaalia. Tämä on erityisen lupaavaa, kun esimerkiksi RIS-järjestelmä on ohjelmoitu heijastamaan aaltoa, jossa on tietty vaihemalli ja joka sisältää tietoa -tilamodulaation muodossa.

Käytä tapauksia ja sovelluksia

Vaiheen moduloinnin laajennetut valmiudet tukevat suoraan kunnianhimoisimpia 6G-käyttötapauksia, jotka on määritelty standardointielinten kuten 3GPP:n ja ITU-R:n määrittelemissä tapauksissa.

Holografinen MIMO

Holografinen MIMO-visioiden järjestelmä, jossa on tuhansia antenneja, leviää jatkuvalle aukolle. Vaihemodulaation on varmistettava, että säteenmuodostuma ja häiriö on tasainen. []Lähes faasin hallinta [[] tulee erittäin tärkeäksi, koska taso-aalto-oletus hajoaa lyhyillä etäisyyksillä. Tarkka vaiheprofiilit voidaan laskea siten, että energian keskittäminen tiettyihin käyttöpaikkoihin, lähes akustisen linssin tavoin. Tämä mahdollistaa erittäin korkean tila-moninkertaistamisen ja energiatehokkuuden.

Tarkkuusanturit ja paikantaminen

6G-verkot integroivat tutka- ja anturitoiminnot usein samoilla aaltomuodoilla. Vaihemodulaatio on avain korkean resoluution kantaman ja Doppler-tunnistimen havainnointiin. Esimerkiksi vaihemuokkauksen avulla tapahtuva jatkuva aaltotutka (PPCW) voi saavuttaa senttitason tarkkuuden sekä alueella että nopeudella. Sama OFDM-vaiherakenne voi palvella sekä tiedonsiirtoa että anturia.

Haasteet ja avoimet tutkimusalueet

Vaikka mahdollisuudet ovat valtavat, on poistettava useita esteitä, ennen kuin nämä vaiheiden mukauttamissuuntaukset tulevat käytännönläheisiksi.

Monimutkaisuus ja tehonkulutus

Ultra-tarkkaa vaiheseurantaa, tekoälyn päätelmiä ja OAM-käsittelyitä kaikkia vaatimuksia merkittävä laskentateho. 6G-tukiaseman saattaa olla tarpeen käsitellä tuhansia rinnakkaisvirtoja reaaliaikaisella vaihekalibroinnilla. Energiatehokkaat laitteistokiihdyttimet (esim. omat ASIC-laitteet tai muistinhallinta) tutkitaan pitämään sähköbudjetit hyväksyttävinä. Lisäksi vaihevaihtimet ja oskillaattorit itse vaikuttavat yleiskustannuksiin. Ulkoinen linkki: [Ericsson ... 6G: Kyberfysikaalisen maailman (White Paper) yhdistäminen [.

Tekoälyn integraation turvallisuusvaikutukset

Lisäksi riippuvuus koneoppimismalleista tekee järjestelmästä vähemmän läpinäkyvän ja vaikeamman sertifioida. Tutkimus [] -"Robestis" ja selitettävissä oleva tekoäly fyysiselle kerrokselle on tarpeen, sekä salaussitoutuminen vaihetilan ja käyttäjän tunnistamisen välillä.

Päätelmät

Vaihemodulointiteknologiat kehittyvät kypsästä fyysisestä kerroksesta monivaiheiseksi mahdollistajaksi 6G-verkoissa. Ultra-tarkkaa vaiheohjausta, tekoälyn tehostamaa korjausta, OAM-moninkertaistamista ja hybridimodulointia koskevat järjestelmät lupaavat massiivisia parannuksia spektritehokkuudessa ja luotettavuudessa. Nämä innovaatiot ovat välttämättömiä laitteiston läpimurtojen . Alhaisen vaiheen melun oskillaattori, korkean resoluution DAC-laitteet ja uudelleenkonfiguroitavat pinnat. Standardointitoimien edetessä korkeakoulujen, teollisuuden ja 3GPP:n ja IEEE:n kaltaisten standardointielinten välisen yhteistyön jatkaminen on välttämätöntä. Tie 6G:hen ei ole vain nopeampia radioita; se on älykkäämpiä, joustavampia vaihemodulaatioita, jotka voivat mukautua aidosti toisiinsa liittyvän kyberfyysisen maailman äärimmäisiin vaatimuksiin.