美国国家科学基金会探索5G之后的无线世界

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关键词:无线技术 5G

    为确保美国在无线技术领域的领导地位,美国国家科学基金会所做出的努力不会止步于5G。为此,该基金会出资5000万美元, 与联邦通信委员会、国防预先研究计划局(DARPA)、国家标准与技术研究所以及国家电信与信息管理局等机构合作开发“高级无线研究平台”(PAWR)项目。此外,该基金会最近发布了一个关于农村宽带测试区域的建议征询书(RFP)。其目标是建立4个城市规模的测试平台,每个平台最终将以虚拟的方式进行连接,成为无线研究的共享创新实验室。这些测试平台旨在对所开发的系统进行试验, 加速开发有前景的技术并实现商业化。


    “高级无线研究平台”项目将超越5G并延伸到其他类型的无线网络,通过该项目,能够了解未来几代无线通信网络。该项目已经在犹他州盐湖城、北卡罗来纳州罗利和纽约建立了测试平台,旨在通过在频谱、设备、网络和应用各个层面开展开放和灵活的试验来支持新兴网络的出现。该项目还将通过测试新颖的频谱使用方式来帮助解决频谱稀缺的问题。“高级无线研究平台”项目是智慧城市和社区战略的一部分,将有助于塑造无线网络的未来。


    “高级无线研究平台”项目目前包括三个不同的平台:开放式无线数据驱动试验研究平台(POWDER); 城市部署中云增强的开放软件定义的移动无线测试平台(COSMOS);以及高级无线的空中试验和研究平台(AERPAW)。


    开放式无线数据驱动试验研究平台(POWDER)


    POWDER将在全市部署400多台软件定义无线电,用于构建无线网络。该平台试图创建随时随地可用的频谱,通过先进的天线技术将无线网络的速度提高100倍, 开发政府和私人授权商之间的双向共享频谱,创建可抵抗干扰和攻击的安全无线网络,并发展节能和持久的物联网网络。该平台的愿景是在复杂的现实环境中实时实现灵活和敏捷的频谱共享。这将解决目前的频谱使用方式所面临的许多挑战。


    POWDER大规模地探索多输入多输出技术,将能力从目前的64个元件扩展到数百个天线元件。网络的速度将与天线的数量成正比。然而,当把天线数量增加一倍时,需要进行的数学计算就会增加四倍。POWDER系统将使用256根天线,提供的带宽是目前5G网络的8倍。未来,将计划建造一个带有512个天线的系统,促使数据传输速度达到目前5G网络速度的16倍。


    城市部署中云增强的开放软件定义的移动无线测试平台(COSMOS)


    COSMOS平台的架构侧重于超高带宽、低延迟的无线通信,并与边缘云计算紧密结合。该测试平台将部署在曼哈顿北部,包括40~50个先进的软件定义无线电节点和光纤网络。通过登录一个基于web的门户网站,研究人员将能在COSMOS测试平台上运行远程试验,该门户网站将提供各种用于试验、测量和数据收集的设施。其主要目标是在高于20千兆赫的高频波段即毫米波上进行测试。这些频段有可能在不造成广泛干扰的情况下提高速度。此外,它们还可以用于开发雷达视觉,为汽车提供扫描周围环境的能力,这比目前使用的激光雷达扫描成本更低。


    高级无线的空中试验和研究


    平台(AERPAW)


    AERPAW项目有望对移动系统(如地面车辆和自主无人机)所需的无线通信能力进行研究。通过支持三维、高机动性和多样化的场景试验,AERPAW将对增强社区的无线联网能力以及进一步开发创新型应用程序至关重要。


    AERPAW是“首个此类空中无线试验平台”,旨在加速无人机系统与国家空域的整合。它还将为无人机平台提供新的高级无线功能,比如用于快速部署无线连接的飞行基站。


    无人机和无人车都有可能成为通信放大器,以增加无线通信网络的带宽和信号覆盖。它们还可用于快速部署通信网络。例如,如果一场自然灾害或恐怖袭击摧毁了某一特定地区的所有基站,可将无人系统作为通信基础设施进行部署。由于当前网络无法任意移动,其调整能力有限,这些移动节点还可以作为中继来增强现有的蜂窝网络。


    AERPAW可以让首批应急人员在任何需要的地方部署网络,以节约成本,甚至挽救生命。早在2014年,一些研究项目就已经演示了使用可快速部署的基于无人机的无线终端来增强首批应急人员的通信能力。有了移动网络,应急人员可以随身携带先进的网络,而不必依赖全国或地区的先进网络。此外,AERPAW还可支持在偏远地区使用增强现实技术,并在没有固定的路边基础设施的情况下实现车对车的通信。


    下一步,“高级无线研究平台”项目将专注于在农村地区推进无线通信的技术。这项工作旨在以一种有效和经济的方式向农村用户提供快速、低延迟和可靠的宽带服务。总的来说,该项目已经取得了进展。例如,POWDER平台已经可以通过固定节点进行操作。其移动节点将在未来几个月部署,整个系统将在2021年3月投入使用。


    (审核编辑: 智汇小新)