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【2022年第6期】​基于光通信的6G水下信道建模综述

时间:2022-08-06 09:49:19 | 作者:爱科技网 | 点击: 59 次

【2022年第6期】​基于光通信的6G水下信道建模综述

2022-08-05 12:02 来源: 资讯AD知识分享

原标题:【2022年第6期】​基于光通信的6G水下信道建模综述

2022年第6期目录 | 本期专题:6G

6G时代新用户面设计和关键技术

面向6G的通信感知一体化架构与关键技术

面向6G的大规模MIMO通信感知一体化:现状与展望

空地协同车联网V2I与V2V混合传输机制设计

面向6G的欠采样相移键控可见光调制方案

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2022年第6期专题——6G

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本文逻辑严密、内容新颖 ★★★★

基于光通信的6G水下信道建模综述*

易湘,刘欢欢,班堃

【摘 要】综述了水下光通信信道建模的研究进展,对影响水下光通信系统性能的关键信道特性进行了分类。首先,对静态海水的固有光学性质即吸收和散射的建模工作进行了总结。其次,特别分析了动态海水的折射率起伏即海洋湍流的建模工作,自底向上从起伏海水→起伏光场→起伏光信号三个方面进行归纳。最后,提出需要解决的关键问题,为下一步的研究提供参考。

【关键词】6G;水下光通信;信道建模

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2022.06.006

中图分类号:TN929.1 文献标志码:A

文章编号:1006-1010(2022)06-0038-07

引用格式:易湘,刘欢欢,班堃. 基于光通信的6G水下信道建模综述[J]. 移动通信, 2022,46(6): 38-44.

0 引言

中国5G商用已有三年,但仍有80%以上的陆地区域和95%以上的海洋区域没有移动网络信号。而且通信对象仅限于地表之上1万米远的空间内,尚无法实现空天地海间的网络畅游。另据联合国国际电信联盟(ITU)统计,全球仍有30亿人没有基本网络接入设施,经济社会发展的数字鸿沟依然存在。与5G无线通信网络相比,6G期望引入新的性能指标与应用场景,实现“全覆盖、全频谱、全应用、强安全”四大范式转换。其中“全覆盖”意味着要将地面移动网络延伸至太空、天空和海洋等自然空间,为空基、天基、陆基和海基等各类用户的各类活动提供信息保障 [1] 。可见,实现海面及水下通信覆盖是达成6G全覆盖愿景的关键因素之一。海面覆盖可以借助卫星网络,但水下覆盖却面临巨大挑战。传统水声通信技术成熟度高,可速率低时延大,无法匹配6G超高速率(Tbps)和超低时延(ms)的需求;因此包括 Sub-6 GHz 频段、毫米波、太赫兹、光频段在内的“全频谱”资源将会被充分挖掘。但前面三种射频方式难以穿透海水;相比较而言,光谱资源可用于提供更加快速、安全、健壮和高效的通信,有望成为全球互联网的关键推动力。其中,蓝绿光频段处于海水光学窗口,拥有极大的带宽潜力,利用该频段进行通信为实现超宽带水下通信覆盖提供了新思路。

水下光通信的独特优势已经引起国内外知名研究机构的关注,近年来开展了大量原型验证试验 [2-7] ,不断刷新数据速率和通信距离纪录,使该项技术的实用化进程日渐看到曙光, 如图1(a)、(b)所示。但同时也注意到,各课题组在试验中所采用的模拟海水信道不尽相同,主要有自来水、人造海水和天然海水,如图1(c)所示。而另一方面,海洋作为地球上最重要的两大流体之一,其内部运动的复杂结构每时每刻都在变化,这种复杂变化的呈现形式就是海洋湍流。如何准确刻画海洋湍流对水下光通信性能的影响是当前信道建模的难点。

【2022年第6期】​基于光通信的6G水下信道建模综述

【2022年第6期】​基于光通信的6G水下信道建模综述

【2022年第6期】​基于光通信的6G水下信道建模综述

通信信道建模关乎系统设计、性能评估和网络优化等工作能否顺利开展。在6G研发初期,启动对新频段、新场景、新应用的信道建模意义重大 [8] 。IMT-2030(6G)信道测量与建模任务组已面向光频段通信开展对海洋环境的研究。本文拟从静态海水的固有光学特性和动态海水的折射率起伏特性两方面着手,对近年来开展的海水信道建模研究工作进行总结,以促进水下光通信技术的研究发展,推动6G超宽带全空间覆盖的宏伟目标早日实现。

1 面向通信应用建模海水固有光学性质