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下一代通信技术路在何方?探索通信-感知-计算融合的未来
时间:2024-02-22 19:24 作者:admin 点击:

  日前,在国务院新闻办公室举行的新闻发布会上,工业和信息化部新闻发言人、总工程师赵志国表示,要推动5G演进和6G技术研发,大力推动6G技术研究,加快6G创新发展。相比5G,6G通信系统将实现哪些“质的飞跃”?当前的相关技术研发又有哪些前沿进展?

  2023年8月15日, “‘通信-感知-计算’融合”博士生学术论坛成功在北京理工大学举办。来自全国15所高校和研究所的专家学者和优秀博士生参与论坛,共同分享技术前沿,探讨下一代通信技术的发展方向。

  随着通信技术的发展,通信系统已经从第一代发展到了第五代。相比4G通信系统,5G通信系统引入了新型信道编码、大规模多天线等技术,在提升通信数据速率的基础上,提高了可靠性,降低了通信时延。因此,5G通信系统可以被广泛应用到远程驾驶、远程医疗、工业控制等场景,把各种电子设备连接到一张统一的网络里,实现“万物互联”的最终愿景。而未来的6G通信系统将把支撑智能体高效链接作为目标,让人工智能应用于更广泛的领域,提高更多人的生活质量,实现“万物互联”到“万物智联”的飞跃。

  在开幕致辞中,北京理工大学通信技术研究所教授费泽松对5G与6G通信系统进行了介绍与展望。他指出,为了面对全息通信、感官互联、情感思维交互、数字孪生、普惠智能等未来应用场景,6G通信系统将内生感知和内生智能作为其核心特征之一。内生感知是指6G通信系统具备自身感知和理解其工作环境的能力;内生智能是指6G通信系统具备高度智能的决策和学习能力。也就是说,6G通信系统在设计阶段不仅考虑到了通信需求,还考虑到了环境感知需求以及支撑人工智能的计算需求。“这意味着未来通信系统不仅会更快、更稳定,还将更加智能地理解和适应环境,为各行各业的发展带来更加深刻的影响。”费泽松教授表示。

  “通信-感知-计算”融合是指在同一网络中同时融合物理-数字空间感知、泛在智能通信与计算能力。网络中的设备通过通感算软硬件资源的协同与共享,可以实现多维感知、协作通信、智能计算功能的深度融合、互惠增强,进而使网络具备新型闭环信息流智能交互与处理及广域智能协作的能力。学术界和产业界就“通感”“通算”“感算”的一体化和融合已进行了一定研究。其中,通信和感知融合是“通信-感知-计算”融合的核心。

  无线感知,即利用现有通信设备的无线信号实现对周围环境的智能感知,成本低,易实现,可实现无视障碍物的感知,且隐私性更强,是通信感知融合的重要组成部分。北京理工大学钟怡副教授在论坛中进行了专家报告,阐述了无线感知技术的产生背景。钟怡指出,无线感知通常使用数据驱动的人工智能算法实现定位、人体姿态识别等功能,这些算法受数据产生时的具体环境部署影响较大,因此泛化性能较差。为了提升无线感知算法的泛化性,可以采用生成对抗网络产生更加多样化的数据样本,采用特征分解算法分离环境噪声,或者采用迁移学习提高对不同场景的适应性。“未来可以进一步将无线感知结果与视觉、听觉感知相结合,进一步提高感知精度。”钟怡在报告最后提出。

  通信-感知-计算融合技术的应用前景广阔,可应用于卫星通信、无人机通信、车联网等诸多场景。论坛中,专家学者和博士研究生代表也分享了各自在不同应用场景下的最新研究进展。

  卫星通信由于其覆盖范围大、成本低、算力强等特点,是6G通感算融合的重要场景之一。这需要卫星网络将传统定位、探测、成像等感知功能同无线传输功能深度融合,同时利用广泛分布的算力进行辅助计算处理,实现感知、通信、计算的交叉融合。北京邮电大学博士生周家恩将通信-感知-计算融合的思想应用在了低地球轨道卫星网络中,利用网络状态感知应对低轨卫星网络流量和网络拓扑的时变性,提出了星间实时路由方案,有效降低了通信时延。

  无人机具有高机动性、灵活性和隐蔽性的特性,未来可作为各种应急场景的空中基站,承担搜救、应急通信覆盖、监视侦察等多类型任务。通感一体化设备可极大地精简硬件,最小化无人机的载荷,增加其机动性、灵活性,降低功耗。另一方面,通过多无人机集群进行协同通信与分布式的感知计算融合,可以有效提升信息处理能力,进而提高无人机的碰撞威胁估计与规避路径规划能力。南京信息工程大学博士生彭思聪分享了无人机辅助的通感算融合网络,通过在无人机上装载边缘计算服务器与雷达实现通信、感知、计算功能的融合,并对其资源分配方案进行了优化,实现了感知与计算时延的平衡,降低了系统能耗。

  传统的车联网中,通信、感知和计算相互割立,因而存在节点算力分配不足、不均衡等问题。将来,车辆将成为系统中一种新型的无线通信节点,连同道路周边广域覆盖的通感算一体化基站,对周围的交通环境进行感知识别和判定,同时在交通网络内进行数据的传输,实现通信、定位和计算等多功能的集成。来自中山大学的博士生王姗姗介绍了云边协同智能驱动的车载边缘算力网络架构,实现了网络资源的协作和智能管理,为车联网的发展提供了高效的解决方案。

  未来,通信-感知-计算融合系统将为人们生活提供更加个性化、人性化的智能应用,通过通信设备间的信号传输感知生活场景中的环境信息或者环境变化的特征,可以实现人体姿势识别、人置检测、手势识别等功能。本次论坛中,北京交通大学侯天为教授介绍了基于宽带通信系统的通信感知一体化测试平台,可通过手部轨迹路径识别实现高准确率的手势识别,扩展了无线信号的使用范围,为健康监测等领域提供了创新应用。

  本次论坛由北京理工大学信息与电子学院主办,北京理工大学通信技术研究所承办。论坛为探讨“通信-感知-计算”融合的探索和创新提供了重要交流平台,突显了“通信-感知-计算”融合在不同领域的重要作用,此类跨领域合作和交流将共同推动技术进步,开创更多创新应用。随着波形设计、信号处理和计算时延等难题的逐步攻克,未来的通信-感知-计算融合也将带来更广阔的可能性。

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