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6G:芳意已在萌芽中

作者:中國儲能網新聞中心 來源:人民郵電報 發布時間:2021-01-07 瀏覽:
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在過去的幾十年里,移動通信的演進升級深刻地影響著人類社會的發展,為國家的經濟發展和社會進步做出了卓越的貢獻。人們期待以十年為一代的移動通信技術演進,能夠與社會發展趨勢契合,并更好地奠定未來社會的發展基礎。移動通信發展經歷了從1G的語音、2G的語音和文本,到3G的多媒體、4G的移動互聯網,再到5G的場景連接。6G將是在5G規模發展的基礎上,網絡覆蓋和智能化場景的升級換代。6G進展如何?將賦能哪些應用場景?技術發展呈現怎樣的趨勢?請關注本版的報道。

全覆蓋移動寬帶和智能跨領域是兩類應用場景

6G技術將在哪些場景落地?中國信科旗下大唐移動發布的《6G愿景與技術趨勢白皮書》認為,十年后,移動通信系統需要著重考慮兩類主要的技術與服務使用場景:全覆蓋移動寬帶場景以及智能跨領域場景,具體而言主要包括十大場景。

空天地立體全覆蓋將能在任何地點、任何時間,以任何方式提供信息服務,實現天基、空基、陸基等各類用戶接入與應用。支持空天地立體全覆蓋的6G網絡需要滿足一系列技術需求,如網絡覆蓋的廣度和深度持續提升,覆蓋率達100%;能提供廣域時間敏感服務和按需確定性服務,明顯提升系統的平均頻譜效率和邊緣頻譜效率;此外,網絡還需具有很好的抗毀應災能力。

全息通信是面向未來虛擬與現實深度融合的一種新的呈現形式。通信系統將面臨更高的技術挑戰以滿足全息通信的傳輸需求。以單流4K為單位像素,5×5的全息圖像數據為例:采用60fps刷新率、100∶1壓縮比,為支持全息多維立體呈現效果,需支持至少360個并發流,傳輸峰值帶寬將達Tbps量級,同時對終端解碼能力提出了更高的要求。

到6G時代,智能車聯網將有進一步的發展,更多的智能移動載人平臺接入網絡,將在“海-陸-空”多個層面為人們提供更加便捷、立體化的交通服務的同時,6G系統需要滿足多樣化智能移動載人平臺的通信需求。例如:全自動無人駕駛根據不同級別需要延遲低至3ms,可靠性高達99.999%。

基于6G網絡,健康醫療將進一步向智能化、個性化和泛在化方向發展。為實現遠程全息醫療手術中的精準操作與實時傳輸,傳輸速率將達Tbps量級,可靠性最大限度接近100%,對于醫療手術等應用進一步要求時延低于5ms。

在未來的智能工廠中,通信需求將呈現多樣化、差異化的特點。例如在需求交互過程中,采用XR或者全息通信需要Tbps量級的傳輸速率;而在生產過程中僅需較低的傳輸速率以傳遞智能工廠控制命令,但需要極低的時延抖動和極高的可靠性。借助數字孿生技術,未來工廠可實現相關資源的預配置,甚至工廠升級換代。

此外,這份白皮書認為,深度覆蓋、增強擴展現實、探測感知、公共安全、數字孿生社會也將是6G網絡的重要應用場景。

復雜場景對網絡能力提出更高要求

由于6G網絡的復雜度以及靈活性要求大幅提升,相應地也將提升網絡安全能力。這份白皮書提出了6G將實現的五大能力。

基礎通信能力主要面向滿足未來趨勢的不同使用場景中各種各樣的通信質量要求,這些性能要求主要與6G通信服務的兩大使用場景相關。有些關鍵技術指標在5G階段已經廣泛使用,但6G要求將更高。還有一些關鍵技術指標,例如定位精度等,其重要性將伴隨移動通信應用的發展逐步體現出來。未來,一些全新的跨領域場景還會出現新的技術指標要求,用以衡量支撐該場景的通信質量。

智能化能力在6G將發展為內生智能,即網絡可以不需要外界干預,通過例如內嵌的數據處理、機器學習模型的訓練、推演與分發等功能實現無線網絡智能化,這將是6G具備的重要能力之一。具備內生智能的通信系統,將根據外部環境和業務的變化自動進行網絡部署、無線資源管理、無線信號處理,實現各網元的自治,為各行各業提供智能高效的定制化服務。

無線感知能力與通信一體化融合為移動通信系統增加了新的能力維度,擴展了其作為信息基礎設施的服務范圍,為移動通信系統及其服務的對象提供了新的數據獲取途徑。值得一提的是,利用感知所獲得的數據可以作為網絡智能化的數據基礎。在工業領域,特別是生產制造場所執行大規模且超過人類感知能力的探測感知操作以及服務于數字孿生應用中物體、人以及環境的信息獲取均可以通過6G無線感知能力來實現。

6G網絡的計算能力將從“端-云”架構向“端-網-云”協同的架構方向演進。面向6G的不同場景、不同業務需求以及6G網絡的智慧內生屬性要求,6G網絡可以根據業務需求和數據處理需求彈性地分配計算能力。同時,6G網絡通過“端-網-云”的高效協作,實現6G網絡計算能力的隨選和均衡應用?!岸?網-云”協同需考慮多維度關鍵性能指標要求,為滿足多樣化服務需求,利用網絡內生智能,將計算資源優化擴展到多維資源聯合優化。

在安全能力方面,6G網絡通過現實空間中人、設備、應用服務等實體向網絡空間的身份可信映射,實現網絡空間與現實空間身份的可信對應。6G網絡能提供所需即所得的安全通信和應用服務,通過對場景信息的實時感知和智能分析,根據服務對象和場景智能選取不同的安全策略進行資源配置,提供差異化網絡安全服務。6G網絡能支持實體內建可信免疫機制,采用主動方式保證網絡和服務正常運行,實現對病毒、木馬的主動防御。

6G進展如何?

隨著5G技術國際標準的正式發布以及市場的快速推進,通信學術界、產業界以及標準化組織均啟動了第六代移動通信(6G)在愿景、需求和技術上的研究。

2018年,芬蘭開始研究6G相關技術。2019年3月15日,美國聯邦通信委員會(FCC)一致投票通過開放“太赫茲波”頻譜的決定,以期其有朝一日被用于6G服務。2019年3月,全球首屆6G峰會在芬蘭舉辦,幾個月后,全球首份6G白皮書《6G無線智能無處不在的關鍵驅動與研究挑戰》發布。

2020年2月,國際電信聯盟無線電部門5D工作組(ITU-R WP5D)召開了第三十四次會議暨世界無線電通信大會WRC-19后的第一次會議,正式開始面向2030及未來(即6G)的研究工作,并于同年10月向各大外部組織發送聯絡函,征集業內相關機構對于6G技術發展趨勢的觀點。

我國工業和信息化部于2019年成立了6G研究組,并在2019年底正式更名為IMT-2030推進組,推動6G相關工作。

6G有哪些關鍵技術指標?

白皮書《6G無線智能無處不在的關鍵驅動與研究挑戰》認為,與從1G到5G的前幾次移動通信技術換代類似,6G的大多數性能指標相比5G將提升10到100倍。

這份白皮書給出了幾個衡量6G技術的關鍵指標:峰值傳輸速度達到100Gbps~1Tbps,而5G僅為10Gpbs;室內定位精度10厘米,室外1米,相比5G提高10倍;通信時延0.1毫秒,是5G的十分之一;超高可靠性,中斷概率小于百萬分之一;超高密度,連接設備密度達到每立方米過百個。此外,6G將采用太赫茲頻段通信,網絡容量大幅提升。

從覆蓋范圍上看,6G無線網絡不再局限于地面,而是將實現地面、衛星和機載網絡的無縫連接。從定位精度上看,傳統的GPS和蜂窩多點定位精度有限,難以實現室內物品精準部署,6G則足以實現對物聯網設備的高精度定位。同時,6G將與人工智能、機器學習深度融合,智能傳感、智能定位、智能資源分配、智能接口切換等都將成為現實,智能程度大幅提升。

6G 需要對創新技術進行系統設計

為了支持眾多的具體場景和應用,滿足相應的技術性能需求,6G需要創新的技術、技術組合和系統設計,用以提升空中接口能力、增強網絡性能和其他指標并將人工智能、感知、計算等與無線通信網絡有效結合。對于6G的技術發展趨勢,上述白皮書做出了五個判斷。

超維度天線技術(xD-MIMO)是大規模天線技術的演進升級,它不僅包含天線規模的進一步增加,還包括新型的系統架構、新型的實現方式、智能化的處理方式等。xD-MIMO的使用也不再限于通信,還包括感知、高維度定位等。xD-MIMO的智能化體現在xD-MIMO的各個方面,包括智能化的波束賦形、信號處理等,將充分挖掘xD-MIMO技術的潛力,使其實現前所未有的性能。

空天地融合技術針對天基多層子網和地面蜂窩多層子網組成的多重形態立體異構空天地融合的通信網絡,期望構建包含統一空口傳輸協議和組網協議的服務化網絡架構,來滿足不同部署場景和多樣化的業務需求。未來用戶只需攜帶一部終端,就可以實現全球無縫漫游和無感知切換。

智能無線技術將與6G系統的各個層面融合。有別于5G以外掛的方式引入人工智能,6G將采用網絡內生的智能無線技術實現無線網絡智能化。鑒于算力由計算中心向網絡邊緣、用戶終端的不斷發展,智能無線技術也將呈現出分布式發展的趨勢:核心網、基站、終端等網元均將具備不同程度的智能,借助聯邦學習、遷移學習等新興機器學習技術,共同提升6G無線網絡智能化的水平。

無線感知和無線通信可以進行更為深度的融合,采用被動感知、主動感知、交互感知等方式與無線通信形成互補。在6G系統中,可進一步有效利用太赫茲、可見光等高頻段的頻譜資源,通過通信和感知模塊的融合以及波形和多天線技術的協同,實現對例如環境、位置、人體動作的精準感知,同時還可減小設備體積。

多址接入技術在6G系統中進一步演進,例如采用非正交多址技術以及相應的增強技術,來提高空口資源的使用維度,并有效提高接入和傳輸的成功率,同時有利于更高優先級用戶集合的接入。通過新型的或者優化的空口設計,非正交多址技術可以有效地提升接入的用戶數量,減小傳輸時延,特別是更利于垂直行業中小包數據的突發傳輸。

關鍵字:6G

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