6G近場技術白皮書.pdf

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時間：2024/05/13
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6G近場技術白皮書。隨著 5G 無線網絡商業化的加速推進，對 6G 無線網絡的前瞻性研究亦隨之加強。在此背景下，6G 網絡被設定了比前代無線網絡更宏偉的目標和更高的性能標準。現有的無線通信網絡（1G 至 5G）主要利用 6GHz 以下的頻譜，受波長限制，這些網絡通常配備較小規模的天線陣列。由于低維天線陣列和較低頻率的結合，無線近場通信范圍通常受限于數米甚至數厘米。然而，為滿足未來 6G 網絡的需求及技術本身的演進，將會采用更大的天線孔徑和更高頻段（如新中頻、毫米波、太赫茲等），這使得近場特性尤為顯著。新興技術如智能超表面（RIS）、超大規模 MIMO、可移動天線、無蜂窩網絡（Cell-free）等技術的引入，使得近場場景在未來無線網絡中更加普遍。從空間資源利用的角度來看，傳統無線通信系統雖已充分利用遠場空間資源，但對近場空間資源的進一步探索預計將為無線通信系統帶來新的物理空間維度。近場通信技術因其在實現 6G 網絡更高數據速率、高精度感知及物聯網無線傳能等方面的潛在作用而受到關注。

近場技術領域的研究顯示，由于電磁波傳播特性的變化，不再能簡單地視為平面波，而需被視為球面波。這引入了諸如空間非平穩性、波束分裂、三極化、倏逝波等新電磁效應。因此，許多傳統通信算法在 6G 近場場景下性能下降，或無法充分利用新特性。本文從電磁理論的近場定義出發，深入分析了近場電磁效應的根源及其對現有通信系統的影響，并總結了近場效應對通信系統設計和性能的影響，特別是通信自由度和通信容量兩大核心指標。信道特性和模型的深入了解對通信系統設計至關重要，因此，本文從信道測量和建模的角度介紹了近場信道的研究，并探討了信道估計、波束形成、碼本設計等近場傳輸技術。同時，本文還涉及近場技術與其他領域技術的融合，如定位、無線傳能、物理層安全等。本文旨在全面系統地梳理近場技術，期望對其研究的發展起到促進作用。