[논문 리뷰] 6G Channel Modeling: Requirement, Measurement, Methodology and Simulator

Jianhua Zhang, Jiaxin Lin외 15명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 26.

Advanced Wireless Communication Technologies인용 수 31

한 줄 요약

본 논문은 6G 채널 연구를 조사하고, THz, 대규모 MIMO, JPAS (JCAS), 및 RIS에 대한 측정 및 모델링을 검토하며, 6G 채널 시뮬레이션 플랫폼(BUPTCMG-IMT2030)을 소개합니다.

ABSTRACT

Sixth-generation (6G) mobile communications have attracted substantial attention in the global research community of information and communication technologies (ICTs). 6G systems are expected to support not only extended 5G usage scenarios but also new usage scenarios, such as integrated sensing and communication (ISAC), integrated artificial intelligence (AI) and communication, and communication and ubiquitous connectivity. To achieve this goal, channel characteristics must be comprehensively studied and properly exploited to promote the design, standardization, and optimization of 6G systems. In this paper, we first summarize the requirements and challenges in 6G channel research. Our focus is on channels for six promising technologies enabling 6G, including ISAC, extremely large-scale MIMO (XL-MIMO), mid-band and terahertz (THz) technologies, reconfigurable intelligent surfaces (RISs), and space-air-ground integrated networks (SAGINs). A survey of the progress in 6G channel research regarding the above six promising technologies is presented in terms of the latest measurement campaigns, new characteristics, modeling methods, and research prospects. To support testing, optimization and evaluation, existing 6G channel simulators are summarized. Then, BUPTCMCCCMG-IMT2030 is introduced as an example of a simulator that was developed on the basis of the ITU/3GPP 3D geometry-based stochastic model (GBSM) methodology. We also address open issues covering standardization activities, AI-enabled methods, and system performance analysis in the context of 6G channel research. This paper offers in-depth, hands-on insights into the best practices of channel measurements, modeling, and simulations for the evaluation of 6G technologies, the development of 6G standards, and the implementation and optimization of 6G systems.

연구 동기 및 목표

• 6G 채널 연구의 도전과제(고주파 대역, 대규모 배열, 다양한 시나리오)를 강조하고 새로운 모델링 필요성을 촉진한다.
• THz, 대규모 MIMO, JCAS, RIS의 네 가지 6G 가능 기술에 대한 측정 및 모델링의 발전을 검토한다.
• 첫 번째 6G 채널 시뮬레이션 플랫폼(BUPTCMG-IMT2030)을 소개하고 구현 예를 제공한다.

제안 방법

• ITU-R M.2412/3GPP TR 38.901 채널 모델링 원칙을 요약하고 이를 6G 맥락으로 확장한다.
• 주파수/각도 의존성(Fresnel, Rayleigh roughness, ER/B-K/RCS 접근법)을 포함한 반사 및 산란 모델을 포함한 THz 전파 메커니즘과 채널 특성을 검토한다.
• VNA+RoF, 상관된 시간 영역 등 신호기 유형과 시나리오 유형을 포함한 100–1100 GHz 구간의 THz 대역에서의 측정 캠페인 및 특성화를 다룬다.
• 근거리 효과, 공간적 비정규성, 3D MIMO의 편광을 설명하기 위해 6G 채널 모델의 확장을 제시한다.
• THz, 비정규성, RIS 시나리오를 포함한 프레임워크, 절차 및 예제 시뮬레이션(THz, 비정규성, RIS)을 갖춘 6G 채널 시뮬레이션 플랫폼(BUPTCMG-IMT2030)을 개요한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 6G에 고유한 주요 채널 연구 도전과제는 무엇인가(주파수, 배열, 전파 메커니즘 및 시나리오)?
• RQ2 THz, 대규모 MIMO, JCAS, RIS 기술이 6G에 대한 채널 측정, 모델링 및 매개변수화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 실용적인 6G 채널 시뮬레이션 플랫폼을 어떻게 설계하고 THz, 비정규성, RIS 활성화 시나리오를 평가하는 데 사용할 수 있는가?

주요 결과

• 6G는 KPIs(대역폭, 속도, 지연, 신뢰성)를 높여 5G ITU/3GPP 규범을 넘는 새로운 채널 모델이 필요하게 한다.
• THz 채널은 주파수- 각도 의존적 반사 및 산란을 나타내며 고급 모델(Fresnel, Rayleigh roughness, ER/B-K, RCS)과 근거리 고려가 필요하다.
• 대규모 MIMO는 채널 모델과 시뮬레이션에서 근거리 효과 및 공간적 비정규성 이슈를 도입한다.
• JCAS 및 RIS는 센싱 관련 신호 및 프로그래밍 가능한 표면 등 고유한 채널 모델링 요구를 제시하며 특히 근거리 영역에서 미완성인 모델이 많다.
• 실용적인 6G 채널 시뮬레이션 플랫폼인 BUPTCMG-IMT2030이 제안되며 THz, 비정규성 및 RIS 시나리오에 대한 실용적 예제가 제공된다.