气候监测和6G需要学会共存

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This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series in partnership with IEEE Xplore.

随着技术的发展，电磁频谱变得越来越拥挤。这意味着未来的无线技术，如6G，可能需要在更高的频率范围内运行——100 gigahertz及以上。这可能会导致一些问题。监测气候变化和其他科学基础设施所需的卫星已经在这些波段运行，它们通常无需共享。不过，对于该技术的一些解决方案正在酝酿之中。

波士顿东北大学无线物联网研究所的首席研究科学家Michele Polese解释道：“避免对遥感和射电天文用户造成任何伤害至关重要，因为他们支持着我们社会的关键运营。因此，任何可以考虑向共享频谱过渡的技术在考虑采用之前都必须经过仔细设计和评估。”

Polese和他的同事提出了几种解决方案，如技术之间的时间共享、空间共享和信号电平共享，这有助于节省卫星信号并更广泛地应对干扰。首先，他们指出，由于更高的频率在通信过程中允许更大的带宽，这可能有助于缩短传输所需的时间，从而有可能在用户之间实现更精细、更灵活的分时策略。从本质上讲，一些技术可以轮流进入特定的频率范围。

在这种情况下，新兴技术需要设计为共存和共享频谱。作者指出，这可能更具挑战性，要在卫星和望远镜中快速实施，需要更长期的规划和部署。然而，随着电信的快速发展和6G等未来网络的规划，有机会嵌入硬件和软件设计，以促进电磁频谱的共享。

Polese说：“今天讨论的频谱共享解决方案可以集成到明天的标准和技术中，将共存和频谱共享嵌入协议栈中，而不是事后将其分层。”

可能有助于促进100GHz以上频谱共享的一个因素是，这些信号具有高度定向性，因此可以在空间上对它们进行操作，以免彼此干扰，从而减少重叠的机会。在他们的研究中，Polese和他的同事描述了一种使用“倒金字塔”天线阵列设计发射高频电信信号的方法。该天线有助于将信号保持在接近地球表面的位置，并避免撞击追踪上空气候和天气变化的遥感卫星。

Polese和他的同事在东北大学运营了几个实验测试台，以评估频谱共享，包括6 GHz以下频率的Colosseum，以及由Josep Jornet领导的100 GHz以上的TeraNova平台。

2020年，该团队首次展示了一种100 GHz以上的频谱共享系统，该系统能够在不同频带之间跳跃，以避免干扰传感卫星。在这种情况下，使用双频带回程链路，无线系统在两个频带上操作。每当看到使用其中一个频率进行感应的卫星时，系统就会自动切换到另一个频率。

东北大学团队将继续研究如何在频率共享技术之间找到解决方案。展望未来，Polese表示，“我们正专注于用大规模无线网络模型对射频干扰进行建模，并了解6G网络设计参数与卫星接口射频干扰之间的理论限制和关系。”

Polese和他的同事在《IEEE学报》（https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=5）上回顾了干扰问题和潜在的解决方案。