全雙工聯合通訊與感測技術於 6G 的應用：機遇與挑戰探討

핵심 개념

本文旨在探討全雙工聯合通訊與感測（JCAS）技術在 6G 網路中的應用，分析其優勢、挑戰和未來研究方向，並特別關注全雙工技術如何提升通訊效率和感測效能。

초록

全雙工聯合通訊與感測技術於 6G 的應用：機遇與挑戰探討

這是一篇研究論文，探討全雙工聯合通訊與感測（JCAS）技術在 6G 網路中的應用。

探討全雙工聯合通訊與感測（JCAS）技術在 6G 網路中的應用，分析其優勢、挑戰和未來研究方向。
評估全雙工技術如何提升通訊效率和感測效能。

回顧現有 JCAS 系統的部署情境，包括僅下行鏈路、僅上行鏈路和單基地台雷達感測等案例。
提出結合上行鏈路和下行鏈路用戶，並整合單基地台和多基地台雷達感測的全新 JCAS 架構。
分析全雙工 JCAS 系統的挑戰，包括波形設計、通道狀態估計、合作式 JCAS、訊號處理和資料融合、多目標優化、安全性以及太赫波寬頻 JCAS 等方面。
透過模擬多用戶 MIMO 系統，評估單基地台和多基地台雷達融合對感測效能的影響，特別是對目標到達方向估計的均方誤差。

핵심 통찰 요약

Full Duplex Joint Communications and Sensing for 6G: Opportunities and Challenges

by Chan... 게시일 arxiv.org 11-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2308.07266.pdf

더 깊은 질문

全雙工 JCAS 技術如何與其他新興技術（如人工智慧、邊緣運算）相結合，以進一步提升 6G 網路的效能？

全雙工 JCAS 技術可以與人工智慧 (AI) 和邊緣運算技術相結合，充分發揮其在 6G 網路中的潛力，實現效能的顯著提升：

人工智慧驅動的通道估計和波束賦形：

AI 演算法，特別是深度學習，可以利用大量的通道數據來學習複雜的通道特性，從而實現更精確的通道估計，特別是在快速變化的通道環境中。
基於 AI 的波束賦形設計可以根據通道條件和用戶分佈動態調整波束方向和功率，最大限度地減少干擾並提高訊號品質。

AI 輔助的干擾消除和訊號分離：

AI 可以用於開發更先進的自我干擾消除 (SIC) 技術，以應對全雙工操作帶來的挑戰。
AI 演算法可以有效地分離來自多個用戶和感測目標的訊號，從而提高系統容量和感測精度。

邊緣運算賦能的即時處理和決策：

通過將 JCAS 功能遷移到網路邊緣，可以實現更快的數據處理和決策，從而減少延遲並提高系統響應能力。
邊緣運算還可以通過在本地處理數據來減輕回程網路的負擔，從而提高效率和可擴展性。

AI 驅動的資源分配和網路優化：

AI 可以用於開發動態資源分配策略，根據通道條件、用戶需求和感測要求優化頻譜、功率和時間資源的使用。
AI 驅動的網路優化可以提高整體網路效能，包括吞吐量、延遲、可靠性和能源效率。

在實際部署中，如何有效地解決硬體缺陷和通道非理想性等因素對全雙工 JCAS 系統效能的影響？

在實際部署全雙工 JCAS 系統時，硬體缺陷和通道非理想性等因素會嚴重影響系統效能。以下是一些應對這些挑戰的有效方法：

先進的自我干擾消除 (SIC) 技術：

開發和應用先進的 SIC 技術對於減輕全雙工操作中固有的自我干擾至關重要。
這些技術包括基於天線設計的被動抑制、基於類比電路的類比消除和基於數位訊號處理的數位消除。

穩健的通道估計和波束賦形：

設計對通道非理想性（例如多徑衰落和陰影效應）具有魯棒性的通道估計和波束賦形演算法至關重要。
可以採用基於導頻的通道估計、盲通道估計和基於機器學習的通道預測等技術來提高通道估計精度。

校準和補償技術：

定期校準對於減輕硬體缺陷（例如放大器非線性、相位雜訊和 I/Q 不平衡）的影響至關重要。
可以採用數位預失真、數位校準和基於導頻的校準等技術來補償硬體缺陷。

混合數位/類比架構：

採用混合數位/類比架構可以結合類比和數位域的優勢，從而提高系統效能。
例如，可以在類比域中執行部分 SIC，而在數位域中執行更精細的處理。

跨層優化：

跨層優化方法可以共同優化物理層、數據鏈路層和網路層的設計參數，從而提高整體系統效能。
例如，可以聯合優化調變和編碼方案、媒體存取控制協議和路由協議。

全雙工 JCAS 技術的發展將如何影響未來無線通訊和感測應用的創新和演進？

全雙工 JCAS 技術的發展將為未來無線通訊和感測應用帶來革命性的變化，促進創新並推動其演進：

增強型行動寬頻體驗：

全雙工 JCAS 可以通過同時傳輸和接收數據來顯著提高頻譜效率，從而實現更高的數據速率和更低的延遲。
這將增強行動寬頻體驗，使用戶能夠享受更流暢的影片串流、線上遊戲和虛擬實境等應用。

可靠且低延遲的關鍵任務應用：

全雙工 JCAS 的低延遲特性使其成為關鍵任務應用（例如遠端手術、工業自動化和自動駕駛）的理想選擇。
通過提供即時感測和通訊功能，全雙工 JCAS 可以提高這些應用的可靠性和安全性。

無處不在的環境感知：

全雙工 JCAS 可以通過整合通訊和感測功能來實現對周圍環境的無處不在感知。
這將推動智慧城市、智慧交通和環境監測等領域的創新應用。

增強型人機交互：

全雙工 JCAS 可以通過提供對人體運動和手勢的精確感測來增強人機交互。
這將推動虛擬實境、擴增實境和可穿戴設備等領域的創新應用。

新的商業模式和服務：

全雙工 JCAS 的獨特功能將創造新的商業模式和服務機會。
例如，服務提供商可以提供基於位置的服務、環境監測服務和增強型安全服務。