[論文レビュー] Integration of Communication and Sensing in 6G: a Joint Industrial and Academic Perspective

Henk Wymeersch, Deep Shrestha+12 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 57被引用数 134

ひとこと要約

論文は THz までの周波数領域での通信、局在化、セ sensing の tight integration（JRC2LS）を強調する Hexa-X ビジョンを提示し、ユースケース、必要な性能、および主要な技術的実現要素を示す。6G の初期段階から極端な局在化とセ sensing 性能を達成するためのハードウェア、波形、アルゴリズムアプローチを概説する。

ABSTRACT

6G will likely be the first generation of mobile communication that will feature tight integration of localization and sensing with communication functionalities. Among several worldwide initiatives, the Hexa-X flagship project stands out as it brings together 25 key players from adjacent industries and academia, and has among its explicit goals to research fundamentally new radio access technologies and high-resolution localization and sensing. Such features will not only enable novel use cases requiring extreme localization performance, but also provide a means to support and improve communication functionalities. This paper provides an overview of the Hexa-X vision alongside the envisioned use cases. To close the required performance gap of these use cases with respect to 5G, several technical enablers will be discussed, together with the associated research challenges for the coming years.

研究の動機と目的

• 6G（JRC2LS）における極端な局在化と sensing の統合の必要性を動機付け、精度の高い高信頼性が求められる Hexa-X のユースケースを概説する。
• 局在化と sensing をチャネルモデリング、ハードウェア、波形設計、プロトコルへと端から端まで統合する包括的な設計アプローチを提案する。
• ハードウェア、チャネル、波形、RIS、アルゴリズムといった主要な技術実現要素を特定・議論し、5G との差を埋めるための主な研究課題を整理する。

提案手法

• Hexa-X のビジョンと 6G の局在化と sensing のユースケースを調査・統合する。
• 5G の局在化能力を分析し、6G の統合によって埋めるべきギャップを特定する。
• 高解像度処理、方向性、共通波形、インテリジェントなインフラ、AI 主導のアルゴリズムといった技術実現要素を提案し、それに伴う課題を論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Hexa-X における 6G のユースケースが示唆する極端な局在化と sensing の要件は何か？
• RQ2 ハードウェア、信号、プロトコルを横断して JRC2LS を統合し、厳格な性能指標を満たすにはどうすればよいか？
• RQ3 高精度な局在化、 sensing、低遅延動作を達成するために必要な技術実現要素は何か？
• RQ4 6G の統合 sensing and communication を実現する際の主要な課題（ハードウェア、チャネル、相互運用性）は何か？

主な発見

• 6G の局在化と sensing には、3D 位置、3D 姿勢、および派生量の極端な性能、遅延、完全性が要求される。
• 6G は JRC2LS をモノスト的、バイスタティック、マルチスタティックモードとエッジコンピューティングとともに、超信頼性の高い sensing と communication を支えるビジョンを持つ。
• THz および mmWave 帯、巨大 MIMO、広帯域は、正確な sensing とマッピングのための高解像度の角度、距離、ドップラー処理を可能にする。
• 共同ハードウェア、波形、信号処理は、 sensing のために通信信号を再利用し、 dual-functional な運用を可能にするために不可欠である。
• RIS（再構成可能な智能面）は、LoS が利用できない場合の局在化と追跡を支援し、 sensing 情報を強化する。
• 2 路線のアルゴリズム的アプローチ（幾何光学を用いたモデルベースとデータ駆動の AI 手法）が、高次元のチャネル情報と機器不整合を扱う。