100 GHz を超えるアクティブ ユーザーとパッシブ ユーザー間の動的スペクトル共有

Jun 19, 2023

通信工学第 1 巻、記事番号: 6 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

第 6 世代ワイヤレス ネットワークは、これまで以上に大量のモバイル トラフィックを超大容量のバックホール リンクに集約し、これを 100 GHz 以上の未開発のスペクトルに展開できるようになります。 しかし、現在の規制では、パッシブ センシング サービスを保護するためにいくつかの狭い帯域が予約されているため、これらの周波数での通信に大きな連続帯域を割り当てることはできません。 これらには、アクティブな送信機からの有害な干渉を受けるセンサーを使用する電波天文学や地球探査衛星が含まれます。 ここでは、パッシブ ユーザー (この場合は NASA 衛星 Aura) の存在を追跡し、自動的に干渉を回避するリアルタイムのデュアルバンド バックホール プロトタイプを導入して実験的に評価することにより、100 GHz を超えるアクティブおよびパッシブのスペクトル共有が実現可能であることを示します。切り替え帯域 (123.5 ～ 140 GHz および 210 ～ 225 GHz)。 当社のシステムは、衛星システムへの有害な干渉を回避しながら、100 GHz を超えるスペクトルでの広帯域伝送を可能にし、これらの重要な帯域における革新的なスペクトル ポリシーとテクノロジーへの道を切り開きます。

私たちの社会のデジタル変革は、目に見えない、しかし希少な基本的なリソースである電磁スペクトル 1、2、3、4 の利用可能性によって促進されます。 電磁スペクトルは、無線通信による情報交換を可能にするだけでなく、センシングによる豊富な情報源でもあります。 スペクトルの有限な性質により、通信とセンシングに関して競合する利益が生じます。 さまざまな科学界、政府機関、業界が表明するこうした多様な利益により、国際電気通信連合 (ITU)5 や連邦通信委員会 (FCC)6 などの国内および国際規制機関からの厳格な周波数割り当てが行われてきました。 1930年代に遡ります。

より多くのデバイスと超大容量アプリケーションをサポートするために、第 6 世代 (6G) ワイヤレス ネットワークでは現在利用可能なデータ レートよりも桁違いに高いデータ レートが必要となるため、スペクトル 7 の必要性が高まります。 第 5 世代（5G）モバイル ネットワークは 71 GHz ものキャリア周波数を使用します 8 が、6G は 100 GHz を超えて 9,10,11 、多くのモバイル ユーザーのデータを超大容量バックホール リンクに集約します。

ただし、このスペクトル帯域での通信は、(i) 送信を行わず、(ii) 地球探査、気象監視、および電波天文学用の高感度無線周波数 (RF) センサーのみを使用する受動的ユーザーの共存によって制限されます 6,12。 受動的なユーザーは、アクティブな送信からの干渉によって悪影響を受ける可能性があります13。 したがって、100 GHz を超えるスペクトルの比較的狭い部分への排他的アクセスが維持され、通信用の数十 GHz の帯域幅を持つ連続したチャンクの割り当てが妨げられます。 たとえば、米国では、100 ～ 275 GHz のアクティブな送信に対する最大の割り当ては 32.5 GHz (116 ～ 148.5 GHz) と 18.5 GHz (231.5 ～ 250 GHz) ですが、無制限の固定通信用に割り当てられているのは 12.25 GHz (非連続) のみです。またはモバイル地上波の使用6. 33.5 GHz のスペクトルでの送信は厳しく禁止されており、残りのスペクトルで共存するパッシブ ユーザーを保護することが条件となります。

これらの保守的な規制は、受動的ユーザーがセンシングのためにスペクトルを利用しなくても適用されます。 これにより、未使用のリソースの多重化が防止され、このスペクトルが無線バックホールにとって魅力的ではなくなります14。 今後数年間でワイヤレスのイノベーションを促進するには、通信とパッシブ センシング システム間のスペクトル共有ソリューションを開発することが必要になります。これがこの論文の主な貢献です。 さらに、地上の感知ステーションは地理的に分離することで保護できますが、周回衛星システムには自己適応型無線リンクに基づく動的共有ソリューションが必要です。 実際、私たちは、ITU チャネル モデルに基づく正確なリンク バジェットを通じて、アクティブな送信機が通信システム上を周回する衛星上の高感度センサーに有害な干渉を実際に生成する可能性があることを示しています。