【中兴通讯_清华大学】2024年6G近场技术白皮书_132页_16mb

报告摘要

6G近场技术白皮书总结

核心内容

本白皮书系统性地探讨了6G无线通信中近场技术的应用、理论基础、信道特性、传输技术以及与其他技术的融合，旨在为6G近场通信的发展提供理论支持和技术方向。

主要观点

6G愿景与近场技术的重要性：
- 随着5G商业化，6G被设定为更宏伟的网络目标。
- 6G将采用更高频段（如毫米波、太赫兹）和更大规模的天线阵列，从而显著增强近场特性。
- 近场技术将在实现6G高数据速率、高精度感知和无线传能等方面发挥关键作用。
近场技术的多样性：
- 近场场景在6G中将更加普遍，如智能超表面（RIS）、超大规模MIMO、无蜂窝网络、可移动天线等技术将使近场通信成为重要研究方向。
- 近场技术可与其他领域技术融合，如定位、通感一体化、无线传能、物理层安全、AI通信、片上无线通信等。
近场的电磁物理效应：
- 电磁波在近场中不再被视为平面波，而是球面波，这带来了空间非平稳性、波束分裂、三极化、倏逝波等新效应。
- 近场信道具有更高的空间分辨率和信道容量，但也对传统通信算法提出了挑战。
近场信道模型与测量：
- 近场信道建模包括统计模型、确定性模型，以及连续阵元和离散阵元模型。
- 信道测量和建模是系统设计和性能评估的关键。
近场传输技术：
- 近场信道估计、波束赋形、码本设计、波束训练、多址技术等是近场通信中的核心技术。
- 近场多址技术（如位分多址、非正交多址、无用户标识随机接入）能够支持海量设备接入。
近场与其他技术的融合：
- 近场与定位技术结合，能够提供更高精度的定位服务。
- 近场与无线传能结合，可实现信能同传（SWIPT），提高能量传输效率。
- 近场与物理层安全结合，能够通过波束聚焦提高通信安全性。
- 基于AI的近场通信技术（如语义通信、联邦学习）能够提升系统智能化水平。
- 片上无线通信技术能够实现芯片间高效互联，适用于高密度设备通信。

关键信息

高中低频段的近场特性

频段	近场范围
2.6 GHz (低频)	0.5 m
7 GHz (中频)	4 m
28 GHz (毫米波)	12 m
220 GHz (太赫兹)	372 m

近场基础理论

近场范围划分：
- 基于相位差、功率差和信道容量的角度划分近场边界。
- 瑞利距离是近场与远场的分界，公式为 $ \frac{2D^2}{\lambda} $，其中 $ D $ 是天线最大孔径，$ \lambda $ 是载波波长。
- 对于RIS系统，近场边界由BS-RIS和RIS-UE之间的距离的谐波平均值决定。
近场电磁物理效应：
- 球面波传播模型引入了空间非平稳性、波束分裂、三极化、倏逝波等新特性。
- 近场中信号幅度和相位的变化具有非线性特征，影响信道建模和信号处理。