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電子科技大學特聘教授梁應敞:面向工業物聯網的智能空中調制技術

來源:智匯工業

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞:工業物聯網 智能空中調制技術 無線傳輸

    非常高興能夠有這個機會為大家分享一下我們關于無線傳輸方面的思考。我們知道工業互聯網是一個非常重要的領域,但是實際上從傳輸的角度來說,我們知道5G可以從多方面為我們帶來很多的應用場景。

      第一個是增強型的寬帶很容易做,從信息論的角度,我們可以很好地設計,根據它的需求來設計它的帶寬和傳輸的功率。但是MTC和uRLLC,從5G的角度現在還是有很多東西還沒有完全地標準化,特別是針對我們這樣一個工業互聯網的場景。因為的物聯網從長遠來講,需要很多的設備連接。而且將來很多設備需要跟我們的分工網絡結合在一起,所以為我們的通信帶來了很多難題。


      特別是我們剛才聽到很多專家都介紹了互聯網,我們在工業制造,在工廠的通信環境是非常惡劣的,有的時候通信兩點一線之間沒有傳輸的特性,有時候會有很復雜的干擾環境,甚至我們周圍有其他的可能存在的入侵者,來導致我們的通信安全問題。所以針對這一場景,我們在做uRLLC的時候會變得更難。為什么?可靠性和時延是很難同時達到的,所以我們作為一個通信的設計,從長遠的角度,我們有沒有更好的辦法實現,這都是我們需要考慮的問題。


      另外,針對工業互聯網,我們還有一些其他層面存在的問題,比如說我們的傳感器設備對能耗的需求。同時,因為很多的無線網絡都并存,到底我們有沒有足夠的頻譜資源并存,我們針對未來的物聯網,所有的物聯網通訊都是一些單獨給一些頻譜實現的話,我們需要65赫茲的頻譜實現,這是沒有辦法實現的。


      還有就是工業場景,物聯網做工業互聯網有不同種類的設備,有的需要非常高的物理傳輸,有時候只是一些機器健康的跟蹤。這些要求,都使得我們有很大的挑戰。現在的很多技術都可以用,包括傳統的802的技術,分工網絡的技術的實現,但是不同的技術都有它的優點和缺點,我們想,我們既要支持高可靠的傳輸,高可靠低時延,同時我們還要支持低速率,我們可以考慮利用一些所謂的共生無線電的概念,就是把兩個通信系統放在一起,這兩個通信系統可以相互依存,而且有的時候這兩個通信,特別是IOT通信和傳統通信,有時候可以相互幫助,實現了互惠傳輸的機制。


      這兩個通信系統,一個是主動的無線電系統,它是一個傳統的無線電系統,它在發生端無需一個完整的發送鏈路。但是另外一個系統可以采用被動式的傳輸的技術,這個被動式傳輸技術,我們在傳輸的時候并不需要很高能耗的無線電發送設備,而是采用一些反向調制的技術,可以降低功耗,可以使得我們的傳輸依賴于另外一個系統進行傳輸。其實這個系統這幾年受到了學術界的廣泛關注,特別是2013年的時候有一篇文章,IOT通訊可以依賴室外的電視信息傳輸。


      基本原理就是說我們可以通過一個反測設備,有兩種狀態,一種是反測信號,另外一種沒有反測信號,我們可以檢測這兩個信號的能量差別,區別我們的信號是零還是一。當然也有的方法是反測試信號轉換到另外一個頻段,這樣就可以避免原有的通信系統帶來的干擾了。


      總的來講,現有的技術有兩個技術難題,一個是我們已有的通信技術,會對IOT帶來很大的干擾。另一方面就是我們為了避免干擾,我們需要引用新的頻段來進行通訊。當然后來也有一些技術解決OFDM信號,在3G、4G,或者是未來5G普及的信號,我們可以通過OFDM的信號特征做一些所謂的干擾抵消,我們設計一個IOT的傳輸波形,把我們的干擾給去掉。


      通過這樣一個干擾抵消技術,我們可以提高IOT的傳輸距離,以及傳輸速率。另外一個可以做的事,就是我們可以采取認知反向通信網絡的概念,這個概念的主要原理就是說我們可以把這樣一個IOT傳輸跟我們的傳統通訊結合在一起。


      在家庭環境下,我們可以來上網,另一方面可以把家庭的IOT的設備也搜集起來。我們做的研究發現,如果把這樣的家庭環境的Wifi的傳輸,以及其他的IOT設備的傳輸同時放在一起的話,IOT傳輸對我們這樣一個Wifi的傳輸會帶來好處。同時我們可以降低IOT傳輸速率,更好地服務于我們這樣一個Wifi系統的傳輸。我們也做了一些分析,我們發現在新的IOT傳輸當中,是原有通信系統的一個所謂的新的信號路徑,通過這樣一個路徑我們可以提高系統的分級效應,從而實現我們的系統性能的提高。還有一個就是工業互聯網的低時延要求非常高,低時延我們可以考慮怎么去在信號設計的降低,我們可以考慮在接收端利用機器學習的方法,很好地設計這樣一個接收,我們對它的需求就可以大大降低了。


      我們發現機器學習在這個領域可以帶來很多的好處,特別是我們通過機器學習當中的聚類的方法,來區別IOT的信號到底有沒有。我們可以把原來設計的問題變成一個機器學習當中的聚類問題,提高我們對開銷的需求。我們一方面可以降低它的開銷,使得我們降低時延,會帶來好處。同時我們也可以很好地提高這樣的一個性能,所以這里介紹了一下在物聯網環境下,怎么把所謂的頻譜的問題,以及對能耗需求的問題放在一起來思考。我們發現我們可以通過整合,把兩個通信系統綁在一起。一方面降低對頻譜的需求,同時對于功耗的需求也可以達到最低的量級,謝謝大家。


    (審核編輯: 智匯小新)

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