南京信息工程大学最新综述:面向 6G 的用户为中心网络研究

 2022-08-05 14:30  167人阅读   双一流大学网

南京信息工程大学最新综述:面向 6G 的用户为中心网络研究

与 5G 相比,6G 有望引入新的性能指标和应用方案,如全球覆盖、更高的频谱 / 能源 / 成本效率、更高的智能和安全水平。

用户为中心网络 ( UCN ) 突破了传统基站为中心网络并与信息产业的新兴技术形成了有效融合,将成为实现 6G 的关键推动者。

来自南京信息工程大学的施建锋博士等人与东南大学、伦敦大学、中国科技大学、南京铁道职业技术学院等团队合作,从物理层的信道估计和预测、网络上层的性能分析以及链路层的无线资源管理等方面综述中心网络 ( UCN ) 这一新型网络的研究现状。

审稿专家意见:该文对 UCN 中物理层的信道估计和预测、网络上层的性能分析以及链路层的无线资源管理进行了较为全面的综述,并从七个方面对未来工作进行了展望,具备不错的综述意义和价值。

1.什么是用户为中心网络(UCN)

由于基站侧的巨大能量消耗和用户端的海量数据需求,传统蜂窝网络(Traditional Cellular Network, TCN)无法更好地降低能耗和满足需求。碳达峰、碳中和 " 双碳 " 国家战略目标要求提升能效,是对 6G 绿色节能提出新的发展要求,因此,用户为中心网络(User-Centric Network, UCN)被公认为 6G 时代的颠覆性技术之一。

通过将基站部分功能转移到集中式服务器以及分离控制 / 用户平面和上下行传输,UCN 可简化设备升级维护,降低部署成本、节约能源消耗,其网络架构如图 1 所示。

南京信息工程大学最新综述:面向 6G 的用户为中心网络研究

图 1 UCN 网络示意图

之所以称之为用户为中心,是因为该网络可动态地、协作地分配多个接入节点(Access Point, AP)为每个用户进行服务,用户在移动过程中感觉有一个网络一直跟随。

在 UCN 中,传统基站被分成两个部分:中央处理器和 AP。其中,

中央处理器可以实现大规模的协同处理、无线资源协同管理和智能管理等功能,通过反馈链路与核心网进行信息交互;

AP 可具有简单的转发功能也可具备较复杂的处理功能,被大量地部署在指定区域或者热点区域,通过无线的接入链路为移动用户提供通信服务,同时通过有线或者无线的前传链路与中央处理器进行数据传输。

优势:

(a)UCN 使用功能相对简单的 AP 替代功能复杂的基站,可以减少密集基站的建筑空间、降低部署成本、节约能源消耗。

(b)UCN 支持在中央处理器上集中管理无线(时频资源块、功率和前传链路容量等资源)和计算资源等,通过协作调度管理可以进一步提升频效和能效性能。

(c)当网络业务流量和用户分布不均匀时,UCN 通过相邻 AP 之间的负载均衡可以获得多路复用增益。

(d)与 TCN 相比,UCN 的集中式架构,简化了设备升级和维护,网络运营商可以通过部署 AP 来实现网络的快速便捷扩展和升级,并且由于 AP 的分布式部署和集中式处理,TCN 中的边缘效应将不复存在。

痛难点:

(a)由于 AP 的高密度部署,AP 覆盖特点呈现不规则趋势、相邻 AP 之间的关系更为复杂、AP 种类繁多,信令控制将变得更复杂和频繁,如何设计高效的切换方案是一大难点?

(b)当中央处理器由于前传链路容量受限而工作效率低下时,AP 与用户之间的通信将出现严重的干扰,如何在考虑有限链路容量的前提下有效抑制干扰是一大痛点?

(c)无线资源管理需要在保证服务质量的同时,适应 AP 集群的动态变化;在用户移动时,如何动态地分配无线资源,以保证用户的业务需求是一大难点?面对更多的接入机会、计算和带宽等资源,如何做到灵活的负载均衡也是一大难点?

(d)移动性管理、前传链路设计和无线资源管理如何进行联合优化,以最大限度发挥 UCN 的潜力?

该文着重从信道估计预测、性能分析、无线资源管理 3 个方面对 UCN 进行较为全面的概述和分析。

2.研究方向

(1)信道估计与预测

取决于载波频率、传输符号率、移动用户的速度、系统带宽和周围环境,无线信道可分为 4 种:平坦衰落时不变、频率选择时不变、平坦衰落时变和双选择性信道。

针对不同的信道特性,需要设计不同的 CSI 估计和预测方案。CSI 的完整度对于后续的性能分析和无线资源管理有着至关重要的作用,并进一步影响着 UCN 全局性能,因此 CSI 的估计和预测是 UCN 网络中一项基础且重要的研究方向。

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