100GHz 이상의 활성 사용자와 수동 사용자 간의 동적 스펙트럼 공유

Jun 19, 2023

통신 공학 1권, 기사 번호: 6(2022) 이 기사 인용

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6세대 무선 네트워크는 그 어느 때보다 많은 모바일 트래픽을 초고용량 백홀 링크로 통합할 것이며, 이는 100GHz 이상의 아직 개발되지 않은 스펙트럼에 배포될 수 있습니다. 그러나 현재 규정은 수동 감지 서비스를 보호하기 위해 여러 개의 협대역이 예약되어 있기 때문에 이러한 주파수에서 통신을 위한 대규모 연속 대역의 할당을 방지합니다. 여기에는 능동 송신기의 유해한 간섭을 받는 센서를 사용하는 전파 천문학 및 지구 탐사 위성이 포함됩니다. 여기에서는 수동 사용자(이 경우 NASA 위성 Aura)의 존재를 추적하고 자동으로 간섭을 피하는 실시간 이중 대역 백홀 프로토타입을 도입하고 실험적으로 평가함으로써 100GHz 이상의 능동 및 수동 스펙트럼 공유가 가능하다는 것을 보여줍니다. 스위칭 대역(123.5~140GHz 및 210~225GHz). 당사 시스템은 100GHz 이상의 스펙트럼에서 광대역 전송을 가능하게 하는 동시에 위성 시스템에 대한 유해한 간섭을 방지하여 이러한 중요한 대역에서 혁신적인 스펙트럼 정책 및 기술을 위한 길을 열어줍니다.

우리 사회의 디지털 변혁은 근본적이고 보이지 않지만 희소한 자원인 전자기 스펙트럼1,2,3,4의 가용성에 의해 촉진됩니다. 무선 통신을 통한 정보 교환을 가능하게 하는 것 외에도 전자기 스펙트럼은 감지를 통한 풍부한 정보 소스이기도 합니다. 스펙트럼의 유한한 특성은 통신 및 감지에 대한 경쟁적 관심을 불러일으킵니다. 서로 다른 과학계, 정부 기관, 업계에서 표현되는 이러한 다양한 이해 관계로 인해 ITU(국제전기통신연합)5 또는 FCC(연방통신위원회)6와 같은 국내 및 국제 규제 기관에서 엄격한 스펙트럼 할당이 이루어졌습니다. 1930년대로 거슬러 올라갑니다.

더 많은 장치와 초고용량 애플리케이션을 지원하기 위해 6세대(6G) 무선 네트워크에는 현재 사용 가능한 것보다 훨씬 더 높은 데이터 속도가 필요하므로 스펙트럼에 대한 필요성이 높아집니다7. 5세대(5G) 모바일 네트워크는 최대 71GHz의 반송파 주파수를 사용하지만8, 6G는 100GHz를 넘어9,10,11 초고용량 백홀 링크에서 많은 모바일 사용자의 데이터를 집계합니다.

그러나 이 스펙트럼 대역의 통신은 (i) 전송하지 않고 (ii) 지구 탐사, 기상 모니터링 및 전파 천문학을 위해 고감도 무선 주파수(RF) 센서만 사용하는 수동적 사용자의 공존으로 인해 제한됩니다6,12. 수동 사용자는 능동 전송의 간섭으로 인해 부정적인 영향을 받을 수 있습니다13. 따라서 100GHz 이상의 스펙트럼 중 상대적으로 좁은 부분에 대한 독점적인 액세스를 유지하므로 통신을 위해 수십 GHz 대역폭의 연속 청크 할당을 방지합니다5,6. 예를 들어, 미국에서 100~275GHz 사이의 활성 전송에 대한 최대 할당은 32.5GHz(116~148.5GHz) 및 18.5GHz(231.5~250GHz)이지만, 무제한 고정에는 12.25GHz(비연속)만 할당되어 있습니다. 또는 모바일 지상파 사용6. 33.5GHz 스펙트럼에서는 전송이 엄격히 금지되며, 나머지 스펙트럼에서는 공존하는 수동 사용자를 보호하도록 조정됩니다.

이러한 보수적인 규정은 감지를 위해 스펙트럼을 활용하는 수동적 사용자 없이도 적용됩니다. 이는 사용되지 않는 리소스의 다중화를 방지하여 이 스펙트럼을 무선 백홀에 덜 매력적으로 만듭니다14. 앞으로 무선 혁신을 촉진하려면 통신과 수동 감지 시스템 간의 스펙트럼 공유 솔루션을 개발하는 것이 필요합니다. 이것이 이 문서의 주요 기여입니다. 더욱이, 지상 감지국은 지리적 분리를 통해 보호될 수 있지만 궤도를 도는 위성 시스템에는 자체 적응형 무선 링크를 기반으로 한 동적 공유 솔루션이 필요합니다. 실제로 우리는 ITU 채널 모델을 기반으로 한 정확한 링크 예산을 통해 활성 송신기가 실제로 통신 시스템 위를 공전하는 위성의 매우 민감한 센서에 유해한 간섭을 생성할 수 있음을 보여줍니다.