成电讲坛

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【成电讲坛】 智能通信与网络研究中心主任梁应敞:智能无线通信——从万物智联到连接智能
文:罗彤 来源:大学生文化素质教育中心 时间:2022-12-12 3011

  12月2日,电子科技大学智能通信与网络研究中心主任梁应敞教授做客成电讲坛,为成电学子带来了一场题为“智能无线通信——从万物智联到连接智能”的线上讲座。

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  讲座伊始,梁应敞教授以伽利尔摩·马可尼为引入,向大家介绍了无线通信的历史,并通过蜂窝移动数据、WiFi、电视传输,卫星通信等例子介绍了现代无线通信的各种形态;从八十年代的1G到九十年代初的2G,再到现在的5G、6G,生动地展示了每十年都在发生技术的更替。

  梁应敞介绍了5G和6G网络的商业市场。他通过数据的列举详细描述了5G支撑三大通信场景:第一,增强型移动宽带(每秒1-10G比特),其高速的传输速率可以支持VR、AR等要求非常高的传输任务。第二,大规模机器通信(每平方米1个连接)第三,高可靠低时延通信(毫秒级时延)。

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  随后,他介绍了6G网络能够支撑三大跨域应用。第一,极值通信。主要用于帮助识别周围的环境,其主要技术指标数据通信的任务是传输数据信息,希望达到传输速度快、信息量大、可靠性高,涉及的技术指标有数据传输速率、误码率和信道容量。第二,泛在感知。从天上的高中低轨各型卫星,到近空无人机等飞行器平台,再到地面5G基站、各种监控摄像头,甚至能拍照的个人手机,都是可用的感知手段。第三,内在智能。即每个单元有感知、计算等功能,最后进行综合和反馈,相比于5G有了很大的进步。

  梁应敞教授讲述了6G面临的关键挑战,即频谱挑战(6G的核心频谱如何选择?如何支撑大规模物联网连接?)和能量挑战(高频段通信能耗开销大;物联网设备需要在电池或能量收集下进行多年;大量的传感器会带来巨大的能量消耗,如何有效解决能耗问题?)

  接着,梁应敞教授着重讲解了6G的几个关键技术:

  第一,动态频谱共享,指在同一频段内为不同制式的技术动态、灵活的分配频谱资源。这种方式可提升频谱效率,且利于4G和5G之间平滑演进。主要应用于频谱重耕、非授权频谱共享、运营商共建共享。而多制式下的动态频谱共享能够满足不同运营主体的共享支撑不同用户的需求)

  第二,无源物联网,6G的目标之一,便是打造低成本、低能耗、大连接和深覆盖的无源物联网,满足多样化的物联网通信场景需求,实现“万物智联”。其应用的关键技术有低功耗通信技术、智能频谱共享技术、智能感知技术和低功耗智能计算技术。主要应用于智慧城市、智慧健康、智能交通、智能制造、智能仓储、智能居家、环境监测、桥梁检测。

  第三,共生无线通信。蜂窝网络与物联网的智能融合,实现互惠互利,其原理主要是物联网设备利用反射通信将信号调制到蜂窝信号进行传输,同时,反射链路给蜂窝系统提供多径效应,提升其通信性能。通过频谱与能量资源的交换,构建智能共生蜂窝-物联网一体化网络,大幅提升通信资源利用效率,实现高可靠的无源物联网。

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  第四,空天地一体化。空天地一体化网络包含各种轨道卫星构成的天基网络、飞行器构成的空基网络以及传统的地基网络,是复杂及高度动态的异构网络,这也使得其具有不同轨道卫星统一规划、多网络深度融合、多层次覆盖和海量用户极简泛在接入的特点,最终实现构建跨地域、跨空域、跨海域的,实现真正的全球立体覆盖。在空天地一体化网络中,天基、空基及地基网络可共享频谱资源。天基、空基网络覆盖范围大,虽地基网络覆盖范围极为有限,但计算资源、能源资源相对丰富。通过用户服务以及频谱、能量、计算等多域资源的交换,形成智能共生空天地一体化网络,实现资源受限下的高效全球立体覆盖。

  第五,通感一体化。基于6G的目标——将通信能力与感知能力融合共生,使通信网络能感知物理世界,拓展传统移动通信网络应用,通感一体化旨在将无线通信和无线感知两个独立的功能在同一系统中实现并达到互利互惠,合作共生,实现通感功能互惠共生、高效的一体化设计和泛在的感知能力。时空关系上通信业务与感知业务高度耦合,一体化设计将有效降低硬件成本及频谱能量等资源的开销。另外,通信为感知提供更大的带宽、时宽及天线孔径,感知则有助于实现高频通信的波束追踪,通过服务交换达到智能共生通感一体化。

  接下来,梁应敞教授介绍了6G的基本特征,即系统复杂和资源受限,并从生物共生学的角度解释了通信系统的复杂性。他介绍了面向6G的智能共生无线通信的终极目标,即为由资源竞争到资源合作、由局部合作到全面合作、实现跨场景、跨频段、跨业务以及跨应用的和合共赢。

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  人工智能(AI)技术赋能无线网络智能化,实现资源的高效利用、网络的优化管理及服务的精准提供。同时,智能无线网络助推新一代人工智能中群体智能的实现。梁应敞教授随后从群体智能、大数据智能、跨媒体智能、混合增强智能和自助智能系统几方面为我们介绍了新一代人工智能的基础理论。

  随后,梁应敞教授举了几个AI与5G网络融合的实例。2019年9月20日,中国电信举办“5G+天翼云+AI三生万物”战略发布会,发布了三大赋能平台,希望推动5G应用落地、云网融合以及AI赋能,构建“智能物联网”;2019年12月13日,华为建立“5G人工智能实验室”以探索人工智能算法在5G通信场景中的应用与改进,培养熟知AI的通信行业人才。2020年3月10日,阿里达摩院正式成立“XG实验室”,致力于5G与AI融合,探索专网技术研发与5G技术在智慧医疗、智慧城市等领域的应用。2020年11月11日,中兴通信发布《无线网络智能化白皮书》,致力于5G网络的智能化与资助进化,探究AI算法在各种具体的5G场景的应用,包括基站节能、智能波束赋形、智能用户迁移等。随后,梁应敞教授分别介绍了智能制造、自动驾驶、智能医疗、群体智能领域中运用的核心技术以及达到的效果。

  梁应敞教授还介绍了智能无线通信中应用的技术。首先是认知无线电。在认知无线电中,次系统通过动态频谱接入或基于干扰控制的频谱共享方法使用主系统的授权频道,进而实现频谱资源利用效率的提升。其次是共生无线电。共生无线电通信实现了现有的频谱/能量源再利用,通过互利的频谱共享提高频谱效率、通过高度可靠的反向散射通信提高能量效率。然后是智能反射表面。其主要运用了智能可重构通信系统架构与总体方案、智能可重构通信信息传输理论、RIS可重构原理及天线设计、RIS电磁散射特性与信道建模和智能可重构通信传输验证系统。

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  最后,梁应敞教授向大家展示了成电人在此领域的贡献。在教育部公布的第四轮一级学科评估结果中,电子科技大学的信息与通信工程学科被评为A+。学校时常举办智能通信与网络国际研讨会,例如2018年的无线人工智能前沿国际研讨会、2019年智能通信与未来网络前沿国际研讨会等。梁应敞教授曾任2011-2014年国际顶级期刊IEEE JSAC认知无线电系列(Cognitive Radio Series)主编、2018年IEEE通信学会认知网络专业委员会技术成就获奖者、2014年国际智能通信顶级期刊IEEE Trans on Cognitive Communications and Networking(TCCN)创刊人,并从2019年开始担任主编。2019年5月29日,IEEE通信学会主席Khaled Letaief教授,副主席沈学民院士、电子科技大学曾勇教授、通信抗干扰实验室主任李少谦教授及IEEE TCCN主编梁应敞教授为期刊主编办公室揭牌。梁教授也十分期待不断有新同学涌入研究团队,共同投身于智能无线通信事业。


编辑:张闻起  / 审核:林坤  / 发布:林坤

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