[论文解读] Terabit Indoor Laser-Based Wireless Communications: LiFi 2.0 for 6G

Mohammad Soltani, Hossein Kazemi+19 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2022

Optical Wireless Communication Technologies被引用 4

一句话总结

本文提出LiFi 2.0作为6G网络的太比特每秒室内无线通信解决方案，采用近红外激光光无线通信（OWC）技术。论文识别了发射机与接收机设计的关键挑战，整合了先进的调制与复用技术，并通过优化的系统架构与网络方案，展示了在室内环境中实现多太比特数据速率的可行性。

ABSTRACT

This paper provides a summary of available technologies required for implementing indoor laser-based wireless networks capable of achieving aggregate data-rates of terabits per second as widely accepted as a sixth generation (6G) key performance indicator. The main focus of this paper is on the technologies supporting the near infrared region of the optical spectrum. The main challenges in the design of the transmitter and receiver systems and communication/networking schemes are identified and new insights are provided. This paper also covers the previous and recent standards as well as industrial applications for optical wireless communications (OWC) and LiFi.

研究动机与目标

• 制定一条路线图，实现室内激光基光无线通信系统，支持太比特每秒数据速率，作为6G关键性能目标。
• 识别并解决高速光无线链路中发射机与接收机系统设计的关键技术挑战。
• 评估并整合现有及新兴的光无线通信（OWC）与LiFi标准及工业应用，以支持下一代网络。
• 为实现可扩展、高容量的室内光通信系统，提供关于复用、调制与网络方案的全新洞见。

提出的方法

• 利用近红外光谱，实现高带宽、视 Line-of-Sight 与非视 Line-of-Sight 的室内通信链路。
• 采用先进的调制格式与空间复用技术，以最大化频谱效率与数据吞吐量。
• 设计高带宽、低抖动的激光发射机与高灵敏度、快速响应的光电探测器，以支持多太比特运行。
• 集成先进的信号处理与信道编码技术，以缓解高速率光信道中的符号间串扰与噪声。
• 提出一种支持多用户与多接入点的网络架构，结合协调的资源分配与波束成形技术。
• 通过理论与仿真模型分析系统级性能，验证总数据速率达到太比特每秒的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 设计太比特每秒室内激光基光无线通信系统时，发射机与接收机面临的关键技术挑战是什么？
• RQ2 如何利用现有及新兴的光无线通信与LiFi标准，以实现6G水平的性能？
• RQ3 在近红外波段中，哪些调制与复用技术最有效，可实现多太比特数据速率？
• RQ4 为实现高容量光无线网络在真实室内环境中的可扩展部署，需要哪些系统级架构与网络方案？
• RQ5 在室内环境中使用激光基OWC实现太比特级数据速率时，实际限制与性能权衡是什么？

主要发现

• 本文证明，在近红外光谱中采用激光基光无线通信，可在室内环境中实现太比特每秒的数据速率。
• 先进的调制与复用技术显著提升了频谱效率，使在光信道上实现高吞吐量传输成为可能。
• 高带宽激光光源与高灵敏度光电探测器是实现低误码率的多太比特运行的关键组件。
• 系统级挑战如波束转向、干扰管理与多用户接入，需要协同的网络设计与信号处理方案。
• 将现有LiFi与OWC标准与新型物理层技术相结合，可为构建兼容6G的光无线网络提供可扩展路径。
• 本研究识别出当前硬件与信号处理中的关键性能瓶颈，强调了在光子与电子器件方面进一步创新的必要性。