人工智能可以优化移动通信

虽然目前许多欧洲国家/地区正在建立第五代移动通信，但科学家们一直在对其进行优化。虽然5G远优于之前的版本，但即使是最新的移动通信标准也仍有改进的空间：尤其是在发射器和收发器之间难以直接瞄准的城市地区，无线电链路仍无法可靠运行。在最近启动的欧盟项目ARIADNE中，11个欧洲合作伙伴正在研究如何利用高频带和人工智能开发一种“超越5G”的先进系统架构。

5G的主要优势是它的高频率，从而高传输速率，这确保了几乎没有延迟的连接和快速的数据传输。然而，高频需要定向系统，这在大多数情况下取决于视线。这意味着发送方和接收方必须能够看到对方。不幸的是，LOS原则将导致连通性问题，尤其是在城市和高度发达地区。

本地5G网络出现这些连接问题的原因之一是抵消效应。当信号通过LOS连接传输并同时通过反射复制时，就会出现这种效应。该副本覆盖来自LOS的信号并取消它。结果：信号没有到达接收器。与之前的4G一样，这种通过NLOS的多径传播对于5G来说仍然是一个问题。因此，阿里阿德涅的主要目标之一是开发新概念，以更好地控制LOS和NLOS场景，从而大大提高移动通信链路的可靠性。

5G具有更高的效率和可靠性

欧盟项目的全称是“人工智能辅助的D波段网络，促进5G的长期演进”，汇集了来自五个国家的研究和行业合作伙伴。目的是根据D频段(130-174，8 GHz)的频率，开发一种节能高效可靠的移动通信链路。D频段总带宽超过30 GHz，非常适合快速数据传输。然而，新使用的频带被分成几个子频带，并且需要调整先前使用的系统架构和相应的网络控制。

ARIADNE旨在通过将创新的高频无线电架构与基于人工智能的新网络处理概念相结合，打造“后5G”智能通信系统。项目联合体计划到2022年实现并演示一条无线链路，该链路在100 Gbit/s范围内具有极高的数据速率和几乎零延迟。欧盟支持这一项目，作为地平线2020的一部分。ARIADNE专注于三个主要研究领域：硬件组件的开发、超曲面的研究以及基于人工智能或机器学习的网络控制的适应性。

可靠的D波段连接设备

Flawn Hoff IAF在高频电子领域的专业知识为硬件组件的开发做出了贡献：弗赖堡大学的科学家和他们的合作伙伴共同开发了一种用于D波段(139-174，8 GHz)通信的新无线电技术。“我们的重点是开发具有最高频谱效率的新无线电模块，这些模块可以利用频率分集，并为网络中的优化提供控制接口。因此，我们将首次在硅上使用我们的20纳米InGaAs HEMT技术，”Fraunhofer IAF的科学家和项目经理Thomas Merkle博士说。

指示器

为了防止NLOS连接中的网络干扰，ARIADNE正在研究超圆柱表面及其优化无线电连接的潜力。超曲面是一种可调节的无线电波反射器，旨在解决城市地区的网络处理问题。当屋顶上的基站与城市峡谷中的用户之间没有视线时，无线电波会被超颖面反射，从而保证了在视线之外的传播。中央网络控制将管理超表面。

“超曲面的概念已经部分应用于5G，但目前为止只适用于低频。无线电链路的频率越高，表面的微观结构就必须越精细。这使得制造这种结构非常困难。d波段的频率，”托马斯默克解释道。因此，项目组正在研究开发适用于高频和工业生产的超颖面。在夫琅和费宇航中心，科学家们正在研究所谓的反射阵列。这些是天线上用于波束控制和聚焦的小型超颖面。

基于人工智能的网络控制

为了在所有天气条件下提供稳定可靠的无线电链路，将使用机器学习和人工智能(AI)方法进行网络管理。目前，大多数移动无线电管理都采用经典的数学方法。阿里阿德涅将使用基于人工智能的算法来解决无线电通信中的问题。虽然机器学习旨在进行深入的数据分析，但AI将有助于开发一个网络控制系统，该系统不仅可以检测和响应问题，还可以预测和避免这些问题。

项目合作伙伴的最终目标是将每个项目模块集成到测试系统中，并演示其功能。在项目的最后，他们希望提出两位主持人作为自己的研究成果：第一位主持人在任何天气条件下都要以100 Gbit/s的数据速率实现100m以上的可靠连接。第二个演示器被设计为实验室条件下的概念证明，以展示超胶子表面如何改善无线电传输的传播条件。这应该证明了超表面在高频下的作用是在实验室里。在这一点上，软件开发应该证明基于AI的网络控制系统能够提高整个D波段网络的可靠性，保证对超曲面的控制。