Föreställ dig en värld där ett mycket intelligent trådlöst system kan övervaka miljön och bekämpa föroreningar, kan skicka en konvoj för att transportera flera personer och även kan hjälpa till att hitta försvunna småbarn eftersom det kan identifiera vem som helst, var som helst. Den sjätte generationen trådlösa (6G) är precis runt hörnet, och forskare vid Southern Illinois University (SIU) i Carbondale i USA studerar nyckellänkarna som får det att fungera.
Gayan Aruma Baduge, docent vid School of Electrical, Computer and Biomedical Engineering vid SIU, leder ett internationellt forskarlag som arbetar med denna forskning. Laget fick 1,13 miljoner dollar i finansiering. Teammedlemmar inkluderar SIU och Villanova University i USA, samt Aalto University i Finland.
Det treåriga projektet syftar till att studera AI-assisterad datakommunikation och radaravkänningssystemintegration för 6G-teknik.
"Detta är ett unikt forskningspartnerskap som förbinder EU och USA, med fokus på att utveckla området för artificiell intelligens och integrerad avkänning och kommunikation." sa Baduge.
Utöver de röst- och datakommunikationstjänster som för närvarande används, förväntas 6G-tekniken inkludera avkänningsfunktioner som högprecisionsspårning och kartläggning, områdesavbildning och drift av autonoma fordon, inklusive "platooning", där flera fordon är fungerade tillsammans som en enhet.
AI-drivna 6G-lösningar
Driven och kontrollerad av avancerad artificiell intelligens kommer tekniken också att kunna utföra nya funktioner relaterade till övervakning, inklusive att upptäcka de typer av gester eller aktiviteter som människor kan uppvisa, samt att identifiera personen som gör dessa gester eller aktiviteter. Denna förmåga i systemet är utformad för att extrahera, klassificera och förutsäga typiska rörelser i människokroppen, såsom att stå, sitta, gå, hoppa, le eller gråta.
Baduges arbete fokuserar på att utveckla den teoretiska grunden för tekniken, designa trådlösa system som kan integrera mobil kommunikation och miljöavbildning och avkänning i framtida system. Integrationen av systemet kommer att förbättra effektiviteten och funktionaliteten.
"Ett trådlöst 6G-system med integrerade avkännings- och kommunikationsmöjligheter kan användas för miljöövervakning, fordonsnätverk och fjärranalys", säger Baduge, "och det kommer också att underlätta skapandet av smarta städer samtidigt som industrin, tillverkningen och jordbruket förbättras."
En nyckel till att göra 6G till allt det lovar är att dra fördel av likheterna mellan befintliga radioavkännings- och kommunikationssystem. Dessa system har delat eller delar spektrum, hårdvaruarkitekturer och informationsbehandlingspipelines.
Baduge ville designa en struktur som mer formellt skulle kombinera de två systemen till en enda hårdvaruplattform med hjälp av en enhetlig vågform och överföringsstrategi styrd av AI. Ett sådant system skulle vara mer kapabelt att bearbeta signaler från en mängd olika sensorer, samtidigt som det hanterar vanliga mobiltelefoner och dataöverföringar.
Integration av cellulär kommunikation och radaravkänningssystem
Historiskt sett har radiosystem för cellulär kommunikation och radaravkänning designats och drivits oberoende. Dessa system använder olika vågformer, icke-överlappande radioband och separata hårdvaruplattformar.
Det nuvarande toppmoderna 5G trådlösa kommunikationssystemet är huvudsakligen designat och optimerat för mobil cellulär kommunikation. Efterfrågan på högre datahastigheter och antalet anslutna trådlösa enheter ökar dock, och för att möta denna efterfrågan använder ingenjörer stora antennuppsättningar som arbetar med högre frekvenser.
"Det elektromagnetiska spektrumet, eller radiobandet, för kommunikations- och avkänningsändamål är en extremt knapp och dyr resurs", säger Baduge, "och att konsolidera kommunikations- och avkänningsuppgifter till samma hårdvaruplattform kan avsevärt förbättra effektiviteten." "Den här designen är också mer kostnadseffektiv eftersom dyr RF-utrustning kan återanvändas för kommunikations- och avkänningsändamål.
Integrationsutmaningar
Att integrera två system utformade för olika saker är utmanande på grund av de konkurrerande designmålen för datakommunikation och radaravkänningsuppgifter.
"På grund av detta rekommenderar vi att du använder en rad verktyg som kommunikations- och informationsteori, uppskattning och detektion och datadriven artificiell intelligens för att övervinna designutmaningar." sa Baduge.
Baduge hoppas att forskningen kommer att hjälpa till att integrera radioavkänningsfunktioner i 6G-teknik, inklusive cellulära kommunikationssystem, trådlösa LAN och industriella IoT-nätverk, samtidigt som kostnaderna hålls låga och spektrum och datorkraft sparas.
