第三届未来网络发展大会

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天地一体频谱认知

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很感谢协会邀请,刚才老师的报告比较深入、比较战略,我报告介于他们之间,我开始的时候我跟沈院长汇报我的题目是天地一体,后面加上空天地海,我后面汇报为什么把海要加上去。

我们的方向我一直沿着频谱认知的方向深究,我们是物联网产业生态体系发展论坛,我的理解我们设备的联网,包括手机还有到南京航空航天大学雷达也是用频设备,这个概念还是比较宽泛,这个联网也是一个物联网,我们以前提出一个屏联网,那么以前我研究频谱数据。

那么频谱设备在联网过程中需要和人工智能的交叉融合,刚才李老师也说,人工智能肯定是我们未来5G、6G需要研究的一个重点内容之一,我汇报主要是汇报两个方面,因为我看时间比较短,所以说我一个就是天空,空天地海频谱认知的背景,第二个科学问题和技术挑战。

我们看第一个,6G已经开始研究了,不是说还没有,已经开始,我们南航工信部说了,中国已经着手研究6G了,而且他的预计是2020年开始研发,2026年正式投入用,他的预计我们比10年一代速度还快一些。

太赫兹的开放我们投票一致通过,在太赫兹研究方面我们团队非常强,他们希望有一个为6G服务,特朗普确立美国在5G、6G的优势地位,在这样一个太赫兹频谱开放了以后,我们频谱认知的时代又要扩展。

我们说第一个是频谱资源的宽待化,6G让我频谱认知的宽待化,FCC认为6G的关键技术第一个进入太赫兹,还有波速和密集基站,我们这个也给我们带来很多难题,还有智能频谱的共享,智能对立就是安全,还有一个研究利用区块链技术加强安全性。

6G未来向(英文)扩展,最核心扩展到全球乃至全中间,我们发布了6个6G项目,其中有巨链接、大流量、低时延等等,我们也参与了大维智能共生的申报,其中有一个课题是整个资源的优化配置,那么刚才张老师也给了一个图,我对这个图的理解速度是频谱宽带化,广度立体化,制度智能化。

还有频谱带来的应用,还有无线电管理智能化的需求,也就是频谱安全,频谱安全也是非常重要的安全,国家无线电管理规划就明确指出,频谱要安全的使用,那么美军也宣称研发了北斗干扰机,大家都知道我们北斗在向全世界提供服务,但是干扰会影响北斗的使用。

我们右面图可以看到干扰卫星波速朝着天空,地面不一定能探测到,所以我们需要卫星、无人机一体化去进行频谱认知。这个频谱安全除了干扰里面还有银行,银行被黑广播干扰次数越来越多了,还有无人机的黑飞,还有铁路用品安全,我们现在基站有一些频段和铁路的控制信号可能比较相近,都会造成干扰。

一旦出现干扰我们希望很快的找到干扰源的位置,我们再说有边缘的用频安全,还有设备用频安全,比如我们在卫星上有的设备损坏了,你怎么知道坏到哪里,这也是北斗研发系统给我们提出了一个命题,就是说你能不能透过频谱知道我们整个卫星正常的运行状态,还有室外用品的巡检,室外天线。

我们知道大家平时接触,短波天线比较少,这个对通信还是比较重要的,但是短波通信天线的方向图可能现在也没法测出来,现在就是室外的基站方向图也没办法测出来,这里面也需要频率的认知,还有电磁频谱兼容等等。

还有频谱电战,这是我们归第六类的作战,这个跟以前的作战有什么区别?主要是两个作战,一个是电子战,还有一个频谱管理,频谱管理是对自身的优化,电子战主要对敌方的进攻,电子频谱站把两个结合起来,我们同时考虑杀敌一千自损八百两个都要考虑,电子战2017年美军空军建立这样一个项目进行研究。

还有DAPPA频谱共享挑战赛,他们构建了罗马竞技场,进行了第二轮赛得分最高的6支拿走了75万美元,同时今年进行第三次的决赛,第一名奖励500万美元,核心运用人工智能,对频谱管理的应用和管理进行一种创新,还有设备机器学习系统等等。

我们再看看美国他们最新做的东西,非常有意思的东西,他是鹰眼的360,天地检测系统,应验这个系统真的为卫星频谱检测,卫星纯粹做频谱检测,他没有其他的任务,他这是什么呢?他是说2018年12月份发射三颗卫星,为什么三颗卫星同时发射,这跟干扰源定位机理有关,2019年再次发射三颗卫星,看这个图,卫星的组网,我们传统的通信组网不一样,这个组网发现地面的目标。

那么他可以实现什么呢?可以实现对海事船只的监控,我们有信号,发送这个信号就可以给你进行监控,支持合法的渔船,合法的船只,但是非法船只可以关掉这些信号,关掉信号很难判例,对合法的进行一些支撑。

那么这个干扰信号的定位,他这里面是整个干扰船只,定位船只的情况,这是一个实时测出来的,那么他测的过程中可以TDOA、FDOA,这是卫星上是主要的方法,卫星一秒钟在地面行走距离相当于几公里。

还有频谱测绘,他就是说,这个鹰眼系统还要搜集地面的频谱形成一个频谱图,那我们看看我们研究面对的科学问题和技术挑战,第一个我们就说我们对于频谱感知,当然先是表征感知,我们希望是什么?我们现在希望既然我是天地一体了,希望是广域的,还希望是快速的,我们黑广播快速找到,还有高铁的干扰,高铁如果受到干扰马上全线停,怕生命安全,希望快速找到。

还有要精准,所以广域、快速精准就是一个矛盾,这里面还有很多机理研究,我们看看华为手机他的方法,我们说P30pro是四个摄像头,一个超感官、还有超广角,还有一个长焦、变焦,还有一个3D功能,一个照片同时四个加在后面,我们后面的频谱感知可能也是不同频段的、不同功能的传感器进行输出,这个数据融合过程中就沉积人工智能,你怎么优化是最好的。

那么解决科学面临的挑战,一个我们广域而且是高维,为什么是高维,我们空间有陆海空天,还有波速、地理环境,他整个空间是一个超维空间,还有频谱有带宽,还有频谱的质量,时间有规则、随机、突发的,我们还有一个研究设频的基因,还有调试、行为等等,这个感知是非常丰富的。

那么这里面我们需要突破一些大规模频谱感知的网络优化,在这样一个网络空间,你感知网络怎么部署,怎么实现一个高精准的、低成本这样的优化,这个网络部署,还有一个我们现在压缩感知也有很多,主要是在时域,还有注意力感知等等,因为你内容太丰富了,最后感知我关心的东西,还有数据补全等等。

现在我们也知道,现在我们说了很多,但是电子频谱空间还有没有一个实实在在的呈现出,我们尽管做了很多这方面的研究。这个方面我们原来初步做了一个地面的,主要是从用户还有多个手机一起进行感知,这个感知包括数据补全、预测等等。

现在我们刚拓展到把无人机引进来,我们得到了立体感知的结果,我们做了一个项目参与北斗测试的生成软件,我们现在北斗最近又发了一颗是45颗,北斗二代星基本发完了,后面是三代,后面那个图是有一点频谱图的味道,那么他这个图也是在利用一颗卫星得到的图。

现在一代二代加起来总共有九颗卫星有频谱感知设备,下面会提供九颗卫星的数据提供工作,最主要要完成三个方面的工作,一个是地面干扰源的查找,干扰我们卫星在什么地方,这里面是数据驱动,我们现在的定位方法和传统方法不一样,传统主要是三点定位等等,我们现在基于数据驱动的定位,大家知道数据驱动定位确实方法要引进,我们在仿真中确实得到了更好的性能,同时除了数据定位以外,还有引入就是移动性。

现在卫星这里移动性其实给我们增加了丰富的内容,还有一个就是频谱预测和预警,我们北斗卫星运行过程中进行一些预警,还有健康巡检,前几天我在卫星上看到,随着5G、6G的发展,频谱向太赫兹并拢,这里面也会产生一些问题。

科学问题二就是频谱大数据的价值挖掘,我们说大数据和价值不是矛盾,但是价值的冗余和价值是一对矛盾,马云说未来不是IT时代,而是DT时代,大数据特征在于时间、空间、频率、功率、辐射源行为,数据越大越有价值,价值密度越稀疏,人工智能可以解决这个问题。

我们看看面临的技术挑战,第一个是频谱资源的质量,以前我们研究中心链关心频谱的空和闲,空和闲还是非常简单的问题,但是质量怎么样。这里面还是有很多需要研究的,还有辐射源的定向、定位和跟踪,现实生活中包括黑广播、干扰源等等,还有辐射源身份的识别,其实未来我们要进行电子频谱空间也有查,查哪个是非法的,知道必须要改,他要把这个设备识别出来,还有辐射源信号的分析,多目标多信号的分析等等。

我们团队也在这个过程中认知学习,东南大学教授他认为机器学习成功有三个,有效的深度模型,第二存在强监督的信息,第三个任务环境比较稳定,我们主要考虑任务环境不稳定怎么办,我们现实生活中很多地方都是不稳定,我们会把认知和深度学习、迁移学习、网络相结合展开研究。

这个方面我们前期研究基于这个定位,确实我们最近用到企业公司设备里面去,我们也很开心,也觉得很有意义,就是很少可以查到目标。我们还有把这个无人机放在基站在空间进行检测。我们也重大的仪器项目,我们希望形成国际上第一架频谱无人机。

科学问题三就是复杂频谱决策的优化,复杂和优化是一个矛盾,我们看决策优化里面是大规模的决策优化,还有异构的,还有分层的,还有是对抗的,还有活跃学习、分布式的学习,协同强化等等,我们看我们把频谱形成频谱图,再来用深度学习会发现Q学习表太大,所以我们必须用深度强化学习。

同时我们在研究中发现就是单个体的强化学习注重协同的强化学习,前面蓝颜色是单个体的强化学习,红颜色是协同的强化学习,协同的强化学习比单个强化学习要好的多。

这个总结一下我们现在的研究从6G发展对频谱的要求,还有对频谱安全的研究,还有对战研究,展开空天地海的安全,还有一个广域的频谱测绘,还有是分析有复杂优化,我希望在国际上展开协同的决策。

我的汇报就到这,谢谢大家。