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【前沿探索】基于神经传递的6G全解耦RAN结构

发布时间:2020-06-02  浏览次数:542 次

[论文发表信息]

荣获中国电子学会组织的电子信息领域优秀科技论文(2020)

Quan Yu, Haibo Zhou, Jiacheng Chen,Ying Li, Jian Jing,Jiwei(jackokie)Zhao, Bo Qian, Jian Wang" A Fully-Decoupled RAN Architecture for 6G Inspired by Neurotransmission," in Journal of Communications and Information Networks, vol. 4, no. 4, Dec 2019.

[引言]

5G已经开始部署和商用,但移动通信网络仍然面临三个基本挑战:1)频谱问题:优质频谱资源稀缺,频谱碎片化,频谱利用刚性(固定的TDD/FDD方式);2)服务问题:如何做到以用户为中心来提供服务;3)成本问题:如何降低网络的运营成本(电费)。因此,在6G中完成关键技术的突破已经刻不容缓。在本文中,我们通过对神经元信号传递机理的学习,提出了全解耦的6G接入网架构(FD-RAN)。彻底解耦便于资源的灵活协作,从而提高频谱利用效率、降低能耗、并提升用户体验。本文最后还探讨了一些未来的研究方向。

[方法]

首先,我们给出神经元信号传递机制的生物学启示与相应的6G网络设计原则,见表一。

表一:神经元信号传递机制的生物学启示与6G网络设计

神经元信号传递机制的生物学启示

6G网络设计原则

化学突触与电突触物理结构上分离

业务传输与控制传输物理上分离

化学突触单向传递,电突触双向传递

业务信道单工,控制信道双工

化学突触轴突发送,树突接收

业务传输上下行物理分离

电突触传输延迟比化学突触短得多

控制信息传递和处理的延迟比业务信息小

轴突发送分布式协同、树突接收传输处理一体化

分布式协作发送、传输处理融合式接收

全解耦的6G网络架构如图一所示。控制基站、上行基站、下行基站物理分离。其中:

1. 控制基站利用低频段,覆盖范围最大,负责与UE的控制信令交互,以及对数据基站的宏观控制;

2. 数据基站分为上行基站和下行基站,分别负责传输上行和下行业务。上行基站类似小基站,低成本密集部署,距离UE更近;下行基站类似宏基站,覆盖面积广,发射功率大,供电效率更高;

                     

图1:全解耦的6G网络架构FD-RAN

[结果]

由于全解耦的设计,频谱资源可以被从固定的使用方式中解放出来。通过类似C-RAN的集中式架构,可以进一步实现资源的协作,并使得多点协作传输(CoMP)技术更加可用,如图2所示。上行可以实现分集接收;下行可以实现覆盖增强、干扰回避等技术。多连接将成为UE的缺省连接方式。多维资源(时、频、空、码、功率等)通过混合双工的方式进行协作,从而避免链路之间的干扰。

图2:资源协作

传输服务层主要实现控制面功能,包括:对资源的感知、规划、调度,如图3所示。传输服务层能够实现跨层的调度,既包括底层的无线传输资源,也包括上层的3C资源。通过一个多方实时的资源交易平台,传输服务层可以完成宏观的频谱资源分配。通过与用户的网络孪生交互,传输服务层能够实现以用户为中心的个性化传输,向用户提供智能、动态的传输服务。

图3:传输服务层

[结论]

FD-RAN的设计展示了其与传统移动网络相比在范式上的改变。首先,我们自顶向下设计,上层利用底层提供的功能。通过对底层功能和物理实体解耦,来为上层功能提供充分的灵活性。然后,在资源调度上,我们依然让上层来做决策并指导底层,从而避免了由于底层过多细节带来的复杂度和时延。最后,混合双工能够在更高的维度上分离上行和下行。

[院士工作室简介]

于全院士工作室由中国工程院院士于全领衔,工作室以基础理论探索与产业创新引领协同发展为原则,面向国家重大需求和国际学术前沿,立足信息论、复杂网络理论、脑科学、生物免疫学及人工智能等领域,形成通信技术与生命科学、人工智能等多学科深度交叉融合的特色研究团队。科研成果可应用于天地一体化信息网络、宽带移动网、物联网、车联网等工程,并在医疗健康、智能制造、航空航天等方面发挥重要作用。

工作室招聘岗位:通信与网络博士后/助理研究员/副研究员

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