人工智能可优化移动通信

尽管许多欧洲国家/地区目前正在建立第五代移动通信，但科学家们已经在致力于其优化。尽管5G远远优于其先前版本，但即使是最新的移动通信标准也仍有改进的空间：特别是在发射器和收发器之间难以直接瞄准的城市地区，无线电链路仍无法可靠地发挥作用。在最近启动的欧盟项目ARIADNE中，有11个欧洲合作伙伴正在研究如何通过使用高频段和人工智能来开发“超越5G”的先进系统架构。

5G的主要优势在于其高频率以及因此而来的高传输速率，这确保了几乎无延迟的连接和快速的数据传输。但是，高频需要定向系统，在大多数情况下，该系统依赖于视线（LOS）。这意味着发送方和接收方必须能够看到对方。不幸的是，LOS原则会导致连接问题，尤其是在城市和高度发达的地区。

造成本地5G网络中这些连接问题的原因之一是取消效果。当信号通过LOS连接传输并同时通过反射复制时，会发生这种效果。该副本会覆盖来自LOS的信号并取消它。结果：信号没有到达接收器。像以前的4G一样，这种通过非视线（NLOS）进行的多径传播仍然是5G的问题。因此，ARIADNE的主要目标之一是开发新概念，以更好地控制LOS和NLOS场景，从而大幅度提高移动通信链路的可靠性。

5G更高的效率和可靠性

欧盟项目的全称是“用于5G长期演进的人工智能辅助D波段网络”，汇集了来自五个国家的研究和行业合作伙伴。目的是根据D波段（130-174，8 GHz）的频率开发节能高效且可靠的移动通信链路。D频段的总带宽超过30 GHz，非常适合快速数据传输。然而，该新使用的频带被划分为几个子频带，并且需要对先前使用的系统架构和相应的网络控制进行调整。

ARIADNE旨在通过结合创新的高频无线电架构和基于人工智能的新网络处理概念来创建“ 5G之后”的智能通信系统。该项目财团计划到2022年实现并演示一种无线链路，该链路具有100 Gbit / s范围内的极高数据速率，并且延迟几乎为零。欧盟支持该项目，并将其作为“地平线2020”计划的一部分。ARIADNE专注于三个主要研究领域：硬件组件的开发，超表面的研究以及基于人工智能或机器学习的网络控制的适应性。

可靠的D波段连接的设备

弗劳恩霍夫IAF在高频电子领域的专业知识为硬件组件的开发做出了贡献：弗赖堡大学的科学家与合作伙伴共同开发了用于D波段（139-174，8 GHz）通信的新型无线电技术。“我们的重点在于开发具有最高频谱效率的新型无线电模块，这些模块可利用频率分集并为网络中的优化提供控制接口。为此，我们将首次在硅上使用我们的20 nm InGaAs HEMT技术时间”，Fraunhofer IAF的科学家兼项目经理Thomas Merkle博士说。

反射面

为了防止NLOS连接中的网络干扰，ARIADNE正在研究超颖表面及其优化无线电连接的潜力。超表面是用于无线电波的可调节反射器，旨在解决城市地区的网络处理问题。当屋顶上的基站与城市峡谷的用户之间没有视线时，超颖表面将反射无线电波，从而确保在视线外传播。中央网络控件将管理超表面。

“超表面的概念已经在5G中部分使用，但到目前为止仅适用于低频。无线电链路的频率越高，表面的微观结构就必须越细。这使得制造此类结构非常困难。 D频段的频率”，Thomas Merkle解释说。因此，项目团队正在研究适用于高频和工业生产的超颖表面的开发。在Fraunhofer IAF，科学家正在研究所谓的反射阵列。这些是用于波束控制和聚焦的天线上的小超颖表面。

基于AI的网络控制

为了在所有天气条件下提供稳定可靠的无线电链路，将使用机器学习和人工智能（AI）方法进行网络管理。当前，经典数学方法用于大多数移动无线电管理。ARIADNE将采用基于AI的算法来解决无线电通信中的问题。虽然机器学习旨在进行深入的数据分析，但AI将有助于开发一个网络控制系统，该系统不仅可以检测问题并对其做出反应，还可以预测并避免这些问题。

项目合作伙伴的最终目标是将各个项目模块整合到测试系统中，并演示其功能。在项目结束时，他们希望提出两个演示者作为他们的研究结果：第一个演示者应在任何天气条件下以100 Gbit / s的数据速率实现100米以上的可靠连接。第二个演示器旨在作为实验室条件下的概念验证，以显示超颖表面如何改善无线电传输的传播条件。这应该证明高频下的超表面的功能在实验室里。在这一点上，软件开发应证明基于AI的网络控制系统可以提高整个D波段网络的可靠性并保证对超表面的控制。