下一代信息系统(6G)是未来十年全球最重要的综合性数字信息基础设施之一，将突破传统移动通信范畴，实现通信、感知、计算、智能等多技术集成创新，呈现跨学科、跨行业、跨领域融合发展趋势，全面引领驱动经济社会数字化转型。新一代工业物联网可将前沿新型信息技术深度融入到工业生产及社会运行的各个环节，是6G生态系统中的重要组成部分。然而，随着信息技术的高速发展，海量物联终端的爆炸式增长、非正交混叠现象的普遍出现、跨系统直连交互的瓶颈制约，都对工业物联网的发展和应用推广带来极大的压力，如何保障大规模物联场景下异构系统协调服务能力，优化全局通信性能和系统吞吐量，成为一个长期的挑战。
针对上述问题，中国科学院上海高等研究院-智能信息中心胡宏林/徐天衡团队在新一代工业物联网信息交互领域取得重要进展。该研究面向6G工业物联网演进中海量终端共存、以及跨系统泛在互联交互的应用需求，聚焦大规模信号共存混叠场景，针对性提出了基于非正交多址的统计谱域直连传输技术。研究工作从信息论的角度出发，通过数学手段刻画出多元化场景下混叠用户特征识别的内在原理和外部联系；基于信号确定性特征与统计特征的可分离特性，以统计谱域这一动态特征表述维度为切入点，通过时域-空域的特征分割与选择性聚合，研发了适用于新一代工业物联网场景的跨系统用户信息直连交互技术。相关成果以“When Statistical Signal Transmission Meets Non-Orthogonal Multiple Access: A Potential Solution for Industrial Internet-of-Things”为标题，发表于电信学领域旗舰期刊《IEEE Internet of Things Journal》上。
本研究根据工业物联网场景中信号非正交混叠特点，设计了完整的跨系统用户信息直连交互收发机结构、并给出了详细的工作流程，兼顾通信系统上行和下行两种模式。其次，研究团队揭示了强弱用户间能量差异导致的性能代沟，定制化研究了弹性补偿检测窗技术，可在不影响强用户的前提下大幅提升弱用户性能。研究团队分别通过13个月和16个月的工业物联网安全监控系统和应急响应系统的实际运行条件验证了所提出技术的有效性。数据表明，NOMA-SST技术可以提高工业物联网系统的多项性能，包括态势监控的感知准确率和召回率、应急命令传输延迟性能等，具备较高的实用价值。
研究工作由中国科学院上海高等研究院牵头，联合了国内多家高水平科研团队协作完成。论文第一作者为智能信息中心徐天衡研究员，通讯作者为东南大学青年首席教授许威。此外，上海大学微电子学院副院长周婷教授团队、东南大学信息学院副院长黄永明教授团队、以及上海迪爱斯信息技术有限公司首席架构师杜渂教授团队等，在研发过程中给予了重要支持和帮助。本研究工作获得了上海市6G重大项目、中国科学院未来伙伴网络专项、浦东新区产学研合作专项、以及上海市促进产业高质量发展专项资金的资助支持。
图 1 工业物联网场景跨系统用户信息直连交互技术工作流程示意图
图 2 工业物联网下应急指挥响应系统交互界面及系统性能
