下一代信息系統(6G)是未來十年全球最重要的綜合性數字信息基礎設施之一，將突破傳統移動通信范疇，實現通信、感知、計算、智能等多技術集成創新，呈現跨學科、跨行業、跨領域融合發展趨勢，全面引領驅動經濟社會數字化轉型。新一代工業物聯網可將前沿新型信息技術深度融入到工業生產及社會運行的各個環節，是6G生態系統中的重要組成部分。然而，隨著信息技術的高速發展，海量物聯終端的爆炸式增長、非正交混疊現象的普遍出現、跨系統直連交互的瓶頸制約，都對工業物聯網的發展和應用推廣帶來極大的壓力，如何保障大規模物聯場景下異構系統協調服務能力，優化全局通信性能和系統吞吐量，成為一個長期的挑戰。 
針對上述問題，中國科學院上海高等研究院-智能信息中心胡宏林/徐天衡團隊在新一代工業物聯網信息交互領域取得重要進展。該研究面向6G工業物聯網演進中海量終端共存、以及跨系統泛在互聯交互的應用需求，聚焦大規模信號共存混疊場景，針對性提出了基于非正交多址的統計譜域直連傳輸技術。研究工作從信息論的角度出發，通過數學手段刻畫出多元化場景下混疊用戶特征識別的內在原理和外部聯系；基于信號確定性特征與統計特征的可分離特性，以統計譜域這一動態特征表述維度為切入點，通過時域-空域的特征分割與選擇性聚合，研發了適用于新一代工業物聯網場景的跨系統用戶信息直連交互技術。相關成果以“When Statistical Signal Transmission Meets Non-Orthogonal Multiple Access: A Potential Solution for Industrial Internet-of-Things”為標題，發表于電信學領域旗艦期刊《IEEE Internet of Things Journal》上。
本研究根據工業物聯網場景中信號非正交混疊特點，設計了完整的跨系統用戶信息直連交互收發機結構、并給出了詳細的工作流程，兼顧通信系統上行和下行兩種模式。其次，研究團隊揭示了強弱用戶間能量差異導致的性能代溝，定制化研究了彈性補償檢測窗技術，可在不影響強用戶的前提下大幅提升弱用戶性能。研究團隊分別通過13個月和16個月的工業物聯網安全監控系統和應急響應系統的實際運行條件驗證了所提出技術的有效性。數據表明，NOMA-SST技術可以提高工業物聯網系統的多項性能，包括態勢監控的感知準確率和召回率、應急命令傳輸延遲性能等，具備較高的實用價值。
研究工作由中國科學院上海高等研究院牽頭，聯合了國內多家高水平科研團隊協作完成。論文第一作者為智能信息中心徐天衡研究員，通訊作者為東南大學青年首席教授許威。此外，上海大學微電子學院副院長周婷教授團隊、東南大學信息學院副院長黃永明教授團隊、以及上海迪愛斯信息技術有限公司首席架構師杜渂教授團隊等，在研發過程中給予了重要支持和幫助。本研究工作獲得了上海市6G重大項目、中國科學院未來伙伴網絡專項、浦東新區產學研合作專項、以及上海市促進產業高質量發展專項資金的資助支持。
圖 1 工業物聯網場景跨系統用戶信息直連交互技術工作流程示意圖
圖 2 工業物聯網下應急指揮響應系統交互界面及系統性能
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