什么是6G？使用MATLAB進行6G建模和仿真

什么是 6G？

6G 是下一代移動無線通信系統(tǒng)，旨在提供更包容和可持續(xù)的無線連接。6G 研發(fā)旨在大幅提高當(dāng)前 5G 通信系統(tǒng)的性能，使 6G 網(wǎng)絡(luò)的運行速度更快、處理的帶寬更大并且延遲更低。

因此，6G 系統(tǒng)可以催生新的應(yīng)用，如虛擬和增強現(xiàn)實 (VR/AR)、人工智能 (AI)、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化、通過非地面網(wǎng)絡(luò) (NTN) 的全覆蓋、通信傳感一體化以及低功耗無線通信。

當(dāng)您準備好開始使用 6G 時，可以使用 MATLAB 及其無線通信工具來加速您的 6G 系統(tǒng)設(shè)計。

使用 MATLAB 中開放、可編輯和可自定義的算法作為 6G 設(shè)計的起點。

使用 MATLAB 中易用的自定義波形生成、硬件連接和 AI 建模功能持續(xù)測試您的設(shè)計。

同時優(yōu)化 6G 系統(tǒng)的數(shù)字、射頻和天線陣列組件，使您能夠更高效地探索多維設(shè)計空間。

使用 MATLAB 產(chǎn)品同時優(yōu)化 6G 無線系統(tǒng)的數(shù)字、射頻/模擬和天線/陣列組件。

6G 的演進之路

無線通信標準大約每 10 年升級一代。作為 3GPP 版本 15 的一部分，5G 標準首次發(fā)布于 2018 年，目前仍在持續(xù)演進中。例如，下一個 5G 標準（版本 18）稱為 5G-Advanced，將于 2024 年發(fā)布。與此同時，下一代 6G 系統(tǒng)的研發(fā)正在緊鑼密鼓地進行中。據(jù)大多數(shù)觀察人士估計，標準化機構(gòu) ITU（國際電信聯(lián)盟）將在 2026 年左右發(fā)布 IMT-2030 文檔，對 6G 愿景和需求進行設(shè)定。3GPP（第三代伙伴關(guān)系計劃）標準化機構(gòu)將在 2028 年至 2030 年間的某個時候根據(jù)這些需求制定 6G 標準規(guī)范。

6G 網(wǎng)絡(luò)標準化和交付的預(yù)計時間軸。

6G 的應(yīng)用

盡管 6G 系統(tǒng)需求尚未最終確定，但許多專家都認為，6G 網(wǎng)絡(luò)將建立在 5G 和 5G-Advanced 系統(tǒng)成功的基礎(chǔ)之上，并支持以下新應(yīng)用：

多感官擴展現(xiàn)實和觸覺反饋 - 支持不同設(shè)備、更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲

立體媒體流和遠程呈現(xiàn) - 支持立體內(nèi)容、三維數(shù)據(jù)集和全息呈現(xiàn)

互聯(lián)工業(yè)自動化 - 支持農(nóng)業(yè)機械化和遠程醫(yī)療等領(lǐng)域的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大規(guī)模機器類型通信

自動駕駛汽車和群系統(tǒng) - 增強 V2X 通信、車聯(lián)網(wǎng)、無人機和機器人

覆蓋范圍極廣和聯(lián)所未連 - 使用非地面網(wǎng)絡(luò) (NTN) 和衛(wèi)星通信彌合“數(shù)字鴻溝”，將偏遠、農(nóng)村和未開發(fā)地區(qū)的人們連接在一起

超低功耗和零能耗 - 直接從無線電波中獲取能量，大幅降低無線系統(tǒng)的功耗

6G 的關(guān)鍵技術(shù)

盡管 6G 系統(tǒng)的具體規(guī)范尚未確定，但專家們認為以下技術(shù)將催生新的應(yīng)用和功能：

包括亞太赫茲通信在內(nèi)的新頻率

人工智能和機器學(xué)習(xí)

可重構(gòu)智能表面 (RIS)

通信傳感一體化

新數(shù)字波形

包括亞太赫茲通信在內(nèi)的新頻率

6G 通信系統(tǒng)中將很有可能使用 7-24 GHz 頻段和亞太赫茲頻段（大于 100 GHz）內(nèi)的新頻率。而這又會催生新的頻譜管理方法，加快數(shù)據(jù)速率和傳輸速度，增加 6G 網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸帶寬，同時減少網(wǎng)絡(luò)干擾。

使用無線波形發(fā)生器在 MATLAB 中生成和可視化自定義 5G 波形，有助于您識別、設(shè)計和調(diào)節(jié)創(chuàng)新的 6G 波形。

通信傳感一體化

6G 將充分發(fā)揮將無線網(wǎng)絡(luò)的定位和傳感功能與其通信功能集成的優(yōu)勢。這種集成可以獲取更準確的室內(nèi)空間、范圍、障礙物和定位信息并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，從而顯著提高室內(nèi)通信場景的性能。此外，通過引入亞太赫茲頻譜中的新頻率，6G 系統(tǒng)可以通過利用類似雷達的技術(shù)為非常精確的傳感鋪平道路。

基于 AI 方法的室內(nèi)傳感和定位技術(shù)有助于改進室內(nèi)無線連接。在 MATLAB 中生成的圖像。

人工智能和機器學(xué)習(xí)

5G-Advanced 系統(tǒng)中已采用了人工智能和機器學(xué)習(xí)方法。6G 網(wǎng)絡(luò)將延續(xù)這種趨勢，依然使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的 AI 方法，以便更好地配置、優(yōu)化和自行組織無線通信。6G 無線通信標準將支持基于 AI 的空中接口以改進功能，如聯(lián)合壓縮和編碼、波束成形、信道狀態(tài)信息 (CSI) 壓縮以及定位。

借助 Deep Learning Toolbox，您可以在 MATLAB 中訓(xùn)練和測試深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，以用于無線通信問題分析和設(shè)計。

可重構(gòu)智能表面

6G 研究可能還會借助可重構(gòu)智能表面 (RIS) 的潛力，使我們能夠動態(tài)地和程式化地控制信號在發(fā)射機和接收機之間的傳播。通過這項技術(shù)，我們可以通過更改表面材料的電磁屬性來反射和主動引導(dǎo)傳入的信號。

可重構(gòu)智能表面有助于確保用戶設(shè)備獲得最高的接收信號功率。

使用 MATLAB 進行 6G 建模和仿真

MATLAB 能夠幫助應(yīng)對 6G 無線通信工作流中的一系列設(shè)計挑戰(zhàn)。

使用 MATLAB、5G Toolbox 和其他基于 MATLAB 的無線通信工具，您可以現(xiàn)在就對 6G 無線通信系統(tǒng)進行建模和仿真，并評估其支持技術(shù)的影響。

使用開放的 MATLAB 函數(shù)針對 6G 創(chuàng)建和優(yōu)化您的知識產(chǎn)權(quán) (IP)，并將您的創(chuàng)新與現(xiàn)有基準進行比較。

探索當(dāng)前 5G 標準允許的參數(shù)之外的 6G 波形生成（采用新頻段、帶寬和參數(shù)集）。

針對大規(guī)模 MIMO、更大帶寬和更高采樣率擴展您的仿真。通過將大型和長期運行的仿真分布在多個核、集群或云上并利用 GPU 來對其進行管理。

針對新毫米波和亞太赫茲頻率執(zhí)行更快速、更準確的射頻組件建模。

在毫米波和亞太赫茲頻段內(nèi)對傳播損耗和信道模型進行仿真。

執(zhí)行端到端鏈路級仿真、場景建模、軌道傳播和可視化，以對非地面網(wǎng)絡(luò) (NTN) 進行建模。

探索射頻傳感，并通過分析射頻波形來檢測場景中是否存在事件或人。

研究可重構(gòu)智能表面 (RIS) 對整個系統(tǒng)性能的影響。

應(yīng)用人工智能 (AI) 方法，包括機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)或強化學(xué)習(xí)工作流，以解決 6G 無線通信問題。