[論文レビュー] An Overview on Integrated Localization and Communication Towards 6G

Xiao Zhiqiang, Yong Zeng|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2020

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 233被引用数 39

ひとこと要約

この論文は、6Gの統合ローカリゼーションと通信（ILAC）のチュートリアル的調査を提供し、ローカリゼーションと通信がネットワーク、アーキテクチャ、および3D空間の空中-地上シナリオを横断して相互作用する方法を詳述する。

ABSTRACT

While the 5G cellular system is being deployed worldwide, researchers have started the investigation of the 6G mobile communication networks. Although the essential requirements and key usage scenarios of 6G are yet to be defined, it is believed that 6G should be able to provide intelligent and ubiquitous wireless connectivity with Tbps data rate and sub-millisecond latency over 3D network coverage. To achieve such goals, acquiring accurate location information of the mobile terminals is becoming extremely useful, not only for location-based services but also for improving wireless communication performance in various ways such as channel estimation, beam alignment, medium access control, routing, and network optimization. On the other hand, the advancement of communication technologies also brings new opportunities to greatly improve the localization performance, as exemplified by the anticipated centimeter-level localization accuracy in 6G by ultra massive MIMO and mmWave technologies. In this regard, a unified study on integrated localization and communication (ILAC) is necessary to unlock the full potential of wireless networks for the best utilization of network infrastructure and radio resources for dual purposes. While there are extensive literatures on wireless localization or communications separately, the research on ILAC is still in its infancy. Therefore, this article aims to give a tutorial overview on ILAC towards 6G wireless networks. After a holistic survey on wireless localization basics, we present the state-of-the-art results on how wireless localization and communication inter-play with each other in various network layers, together with the main architectures and techniques for localization and communication co-design in current 2D and future 3D networks with aerial-ground integration. Finally, we outline some promising future research directions for ILAC.

研究の動機と目的

• 無線ローカリゼーションの基本と性能指標の総合的な紹介を提供。
• ILACのためにネットワーク層間でローカリゼーションと通信が相互に機能する様子を調査。
• センチメートル精度を形作る5Gローカリゼーションの実現技術と推奨事項を検討。
• 2Dおよび3D（空中-地上）ネットワークのILACアーキテクチャを提示し、課題と将来の方向性を概説。

提案手法

• 定義、分類、測定モデルを含む無線ローカリゼーションの基礎をレビュー。
• センチメートル級の精度に向けた3GPP 5Gローカリゼーション推奨事項と実現技術を要約。
• 位置情報支援通信の検討と、ローカリゼーションがチャネル推定、ビームアライメント、ルーティング、ネットワーク最適化をどう支えるか。
• 現代の2Dおよび将来の3D空中-地上ネットワーク向けのILACアーキテクチャと共同設計アプローチを提案。
• ILACおよびSSN（自己持続型ネットワーク）の実現技術、課題、および将来の研究方向を検討。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6Gネットワークでパフォーマンスを向上させるために、ローカリゼーションと通信をどのように共同設計できるか。
• RQ2 3D空中-地上統合を考慮して、6Gでセンチメートル級ローカリゼーションを実現するためのアーキテクチャと技術は何か。
• RQ3 ILACを支える5Gの実現技術は何で、それらはどのように6Gへスケールするか。
• RQ4 3DカバレッジにおけるILACと3CLSの課題と将来方向性は何か。
• RQ5 ILACが超高密度/ミリ波ネットワークで位置情報を活用したネットワーク最適化、ビーム管理、センシングをどのように促進できるか。

主な発見

• 本論文は6Gを目指すILACの全体像をチュートリアル風にまとめ、ローカリゼーションと通信の視点を統合している。
• 無線ローカリゼーションの基礎とネットワークアーキテクチャがどのように相互作用してILACを2Dおよび3Dネットワークで可能にするかを論じている。
• 著者らは、センチメートル級のローカリゼーションと強化されたILACパフォーマンスの鍵としての実現技術（例：mmWave、 massive MIMO、UDNs）を概説。
• 空中-地上統合と3D ILACアーキテクチャは、普遍的な無線カバレッジのための重要な方向性として提案されている。
• 3CLSと自己持続型ネットワークを、ローカリゼーション情報を活用した共同リソース管理の有望なパラダイムとして強調。
• プライバシー、信頼性、統合の複雑さを含む6GにおけるILACの将来研究方向と課題が議論されている。