中兴通讯_清华大学：2024年6G近场技术白皮书_132页_15mb

6G近场技术白皮书总结

核心内容概述

本白皮书系统分析了6G网络中近场技术的发展前景、应用场景、基础理论、信道建模、传输技术以及与其他技术的融合。随着5G向6G演进，6G网络将采用更大天线孔径和更高频段（如厘米波、毫米波和太赫兹），这使得近场效应更加显著。近场通信技术将为6G提供更高的数据速率、高精度感知和物联网无线传能等能力，成为未来通信系统的重要组成部分。

主要观点与关键信息

1. 近场应用场景

• 高频段传输：毫米波和太赫兹通信将利用球面波模型，实现波束聚焦，提高通信效率和安全性。
• 中频段传输：10GHz频段具有覆盖和容量优势，适合部署大规模天线阵列，可实现高分辨率通信。
• 低频段传输：低频段（Sub-6GHz）将与高频段协同工作，提升频谱效率和覆盖能力。
• 超大孔径使能近场：通过智能超表面（RIS）和超大规模天线阵列，实现近场波束聚焦，提升通信容量和安全性。
• 无蜂窝近场通信：分布式接入节点可实现无蜂窝通信架构，提升系统灵活性和通信质量。
• 可移动天线使能近场通信与感知：通过天线位置和方向的优化，实现更灵活的波束成形，提升感知精度和通信效率。
• 通感一体化：通信与感知融合（ISAC）技术将提升无线通信的感知能力，实现高精度定位和速度估计。
• 无线定位：近场球面波模型可提高定位精度，减少对测量信号带宽的需求。
• 信能同传：利用近场波束聚焦特性，实现高效无线能量传输（SWIPT）和无线传能。
• 物理层安全：近场波束聚焦特性有助于提升物理层安全性能，减少信息泄露。
• 使能海量接入：近场多址技术（如LDMA、NOMA、URA）可有效支持大规模设备接入。
• 片上无线通信：片上天线和近场耦合技术可用于芯片间通信，提升集成度和通信效率。

2. 近场基础理论

• 近场范围划分：根据相位差、功率差和信道容量，定义了近场区域的边界，包括瑞利距离、Critical距离和均匀能量距离。
• 近场电磁物理效应：近场区域中电磁波不再视为平面波，而是球面波，带来空间非平稳性、波束分裂、三极化和倏逝波等效应。
• 近场自由度理论分析：近场通信的自由度更高，支持更复杂的信号处理和波束赋形技术。
• 近场性能分析与测量：通过信道测量和建模，可以更准确地评估近场通信的性能，包括信道容量和空间分辨率。

3. 近场信道测量与建模

• 信道测量：通过时域和频域的测量平台，获取近场信道特性。
• 信道仿真：基于虚拟阵列和物理模型，进行近场信道的仿真分析。
• 信道建模：包括统计性模型、确定性模型、离散阵元模型和连续阵元模型，支持高精度信道估计和波束训练。

4. 近场传输技术

• 信道估计：基于多层深度神经网络（MRDN）等方法，提高近场信道估计的准确性。
• 波束赋形：包括全连接、部分连接和串行连接的波束赋形方案，提升通信质量。
• 码本设计：通过角度域和极坐标域的联合采样，实现高效的码本设计。
• 波束训练：利用神经网络进行波束训练，提高通信效率。
• 多址技术：包括位分多址（LDMA）、非正交多址（NOMA）和无用户标识随机接入（URA），支持大规模设备接入。

5. 近场与其他技术融合

• 近场与定位：基于球面波模型，实现高精度角度和距离估计。
• 近场与通感一体化：利用大规模天线阵列，提升通信与感知融合能力。
• 近场与无线传能：通过波束聚焦和多极化，实现高效无线能量传输。
• 近场物理层安全：利用波束聚焦特性，提高通信安全性。
• 基于AI的近场通信：通过语义通信和联邦学习，提升通信智能化水平。
• 近场与片上无线通信：利用高频和紧凑的天线结构，实现芯片间高效通信。

总结与展望

近场通信技术在6G网络中具有广阔的应用前景，涵盖高频传输、中频传输、低频传输、通感一体化、无线定位、信能同传、物理层安全、海量接入和片上无线通信等多个方面。随着智能超表面、超大规模MIMO、可移动天线等新兴技术的发展，近场通信的性能和应用范围将不断提升。同时，近场通信的理论研究和实际部署仍面临诸多挑战，如信道建模的复杂性、多址技术的优化、AI在通信中的应用等。未来的研究应进一步探索近场通信的理论基础、传输机制、系统架构和标准化路径，以推动近场通信技术在6G网络中的广泛应用和深入发展。