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6G:芳意已在萌芽中

作者:中国储能网新闻中心 来源:人民邮电报 发布时间:2021-01-07 浏览:
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在过去的几十年里,移动通信的演进升级深刻地影响着人类社会的发展,为国家的经济发展和社会进步做出了卓越的贡献。人们期待以十年为一代的移动通信技术演进,能够与社会发展趋势契合,并更好地奠定未来社会的发展基础。移动通信发展经历了从1G的语音、2G的语音和文本,到3G的多媒体、4G的移动互联网,再到5G的场景连接。6G将是在5G规模发展的基础上,网络覆盖和智能化场景的升级换代。6G进展如何?将赋能哪些应用场景?技术发展呈现怎样的趋势?请关注本版的报道。

全覆盖移动宽带和智能跨领域是两类应用场景

6G技术将在哪些场景落地?中国信科旗下大唐移动发布的《6G愿景与技术趋势白皮书》认为,十年后,移动通信系统需要着重考虑两类主要的技术与服务使用场景:全覆盖移动宽带场景以及智能跨领域场景,具体而言主要包括十大场景。

空天地立体全覆盖将能在任何地点、任何时间,以任何方式提供信息服务,实现天基、空基、陆基等各类用户接入与应用。支持空天地立体全覆盖的6G网络需要满足一系列技术需求,如网络覆盖的广度和深度持续提升,覆盖率达100%;能提供广域时间敏感服务和按需确定性服务,明显提升系统的平均频谱效率和边缘频谱效率;此外,网络还需具有很好的抗毁应灾能力。

全息通信是面向未来虚拟与现实深度融合的一种新的呈现形式。通信系统将面临更高的技术挑战以满足全息通信的传输需求。以单流4K为单位像素,5×5的全息图像数据为例:采用60fps刷新率、100∶1压缩比,为支持全息多维立体呈现效果,需支持至少360个并发流,传输峰值带宽将达Tbps量级,同时对终端解码能力提出了更高的要求。

到6G时代,智能车联网将有进一步的发展,更多的智能移动载人平台接入网络,将在“海-陆-空”多个层面为人们提供更加便捷、立体化的交通服务的同时,6G系统需要满足多样化智能移动载人平台的通信需求。例如:全自动无人驾驶根据不同级别需要延迟低至3ms,可靠性高达99.999%。

基于6G网络,健康医疗将进一步向智能化、个性化和泛在化方向发展。为实现远程全息医疗手术中的精准操作与实时传输,传输速率将达Tbps量级,可靠性最大限度接近100%,对于医疗手术等应用进一步要求时延低于5ms。

在未来的智能工厂中,通信需求将呈现多样化、差异化的特点。例如在需求交互过程中,采用XR或者全息通信需要Tbps量级的传输速率;而在生产过程中仅需较低的传输速率以传递智能工厂控制命令,但需要极低的时延抖动和极高的可靠性。借助数字孪生技术,未来工厂可实现相关资源的预配置,甚至工厂升级换代。

此外,这份白皮书认为,深度覆盖、增强扩展现实、探测感知、公共安全、数字孪生社会也将是6G网络的重要应用场景。

复杂场景对网络能力提出更高要求

由于6G网络的复杂度以及灵活性要求大幅提升,相应地也将提升网络安全能力。这份白皮书提出了6G将实现的五大能力。

基础通信能力主要面向满足未来趋势的不同使用场景中各种各样的通信质量要求,这些性能要求主要与6G通信服务的两大使用场景相关。有些关键技术指标在5G阶段已经广泛使用,但6G要求将更高。还有一些关键技术指标,例如定位精度等,其重要性将伴随移动通信应用的发展逐步体现出来。未来,一些全新的跨领域场景还会出现新的技术指标要求,用以衡量支撑该场景的通信质量。

智能化能力在6G将发展为内生智能,即网络可以不需要外界干预,通过例如内嵌的数据处理、机器学习模型的训练、推演与分发等功能实现无线网络智能化,这将是6G具备的重要能力之一。具备内生智能的通信系统,将根据外部环境和业务的变化自动进行网络部署、无线资源管理、无线信号处理,实现各网元的自治,为各行各业提供智能高效的定制化服务。

无线感知能力与通信一体化融合为移动通信系统增加了新的能力维度,扩展了其作为信息基础设施的服务范围,为移动通信系统及其服务的对象提供了新的数据获取途径。值得一提的是,利用感知所获得的数据可以作为网络智能化的数据基础。在工业领域,特别是生产制造场所执行大规模且超过人类感知能力的探测感知操作以及服务于数字孪生应用中物体、人以及环境的信息获取均可以通过6G无线感知能力来实现。

6G网络的计算能力将从“端-云”架构向“端-网-云”协同的架构方向演进。面向6G的不同场景、不同业务需求以及6G网络的智慧内生属性要求,6G网络可以根据业务需求和数据处理需求弹性地分配计算能力。同时,6G网络通过“端-网-云”的高效协作,实现6G网络计算能力的随选和均衡应用。“端-网-云”协同需考虑多维度关键性能指标要求,为满足多样化服务需求,利用网络内生智能,将计算资源优化扩展到多维资源联合优化。

在安全能力方面,6G网络通过现实空间中人、设备、应用服务等实体向网络空间的身份可信映射,实现网络空间与现实空间身份的可信对应。6G网络能提供所需即所得的安全通信和应用服务,通过对场景信息的实时感知和智能分析,根据服务对象和场景智能选取不同的安全策略进行资源配置,提供差异化网络安全服务。6G网络能支持实体内建可信免疫机制,采用主动方式保证网络和服务正常运行,实现对病毒、木马的主动防御。

6G进展如何?

随着5G技术国际标准的正式发布以及市场的快速推进,通信学术界、产业界以及标准化组织均启动了第六代移动通信(6G)在愿景、需求和技术上的研究。

2018年,芬兰开始研究6G相关技术。2019年3月15日,美国联邦通信委员会(FCC)一致投票通过开放“太赫兹波”频谱的决定,以期其有朝一日被用于6G服务。2019年3月,全球首届6G峰会在芬兰举办,几个月后,全球首份6G白皮书《6G无线智能无处不在的关键驱动与研究挑战》发布。

2020年2月,国际电信联盟无线电部门5D工作组(ITU-R WP5D)召开了第三十四次会议暨世界无线电通信大会WRC-19后的第一次会议,正式开始面向2030及未来(即6G)的研究工作,并于同年10月向各大外部组织发送联络函,征集业内相关机构对于6G技术发展趋势的观点。

我国工业和信息化部于2019年成立了6G研究组,并在2019年底正式更名为IMT-2030推进组,推动6G相关工作。

6G有哪些关键技术指标?

白皮书《6G无线智能无处不在的关键驱动与研究挑战》认为,与从1G到5G的前几次移动通信技术换代类似,6G的大多数性能指标相比5G将提升10到100倍。

这份白皮书给出了几个衡量6G技术的关键指标:峰值传输速度达到100Gbps~1Tbps,而5G仅为10Gpbs;室内定位精度10厘米,室外1米,相比5G提高10倍;通信时延0.1毫秒,是5G的十分之一;超高可靠性,中断概率小于百万分之一;超高密度,连接设备密度达到每立方米过百个。此外,6G将采用太赫兹频段通信,网络容量大幅提升。

从覆盖范围上看,6G无线网络不再局限于地面,而是将实现地面、卫星和机载网络的无缝连接。从定位精度上看,传统的GPS和蜂窝多点定位精度有限,难以实现室内物品精准部署,6G则足以实现对物联网设备的高精度定位。同时,6G将与人工智能、机器学习深度融合,智能传感、智能定位、智能资源分配、智能接口切换等都将成为现实,智能程度大幅提升。

6G 需要对创新技术进行系统设计

为了支持众多的具体场景和应用,满足相应的技术性能需求,6G需要创新的技术、技术组合和系统设计,用以提升空中接口能力、增强网络性能和其他指标并将人工智能、感知、计算等与无线通信网络有效结合。对于6G的技术发展趋势,上述白皮书做出了五个判断。

超维度天线技术(xD-MIMO)是大规模天线技术的演进升级,它不仅包含天线规模的进一步增加,还包括新型的系统架构、新型的实现方式、智能化的处理方式等。xD-MIMO的使用也不再限于通信,还包括感知、高维度定位等。xD-MIMO的智能化体现在xD-MIMO的各个方面,包括智能化的波束赋形、信号处理等,将充分挖掘xD-MIMO技术的潜力,使其实现前所未有的性能。

空天地融合技术针对天基多层子网和地面蜂窝多层子网组成的多重形态立体异构空天地融合的通信网络,期望构建包含统一空口传输协议和组网协议的服务化网络架构,来满足不同部署场景和多样化的业务需求。未来用户只需携带一部终端,就可以实现全球无缝漫游和无感知切换。

智能无线技术将与6G系统的各个层面融合。有别于5G以外挂的方式引入人工智能,6G将采用网络内生的智能无线技术实现无线网络智能化。鉴于算力由计算中心向网络边缘、用户终端的不断发展,智能无线技术也将呈现出分布式发展的趋势:核心网、基站、终端等网元均将具备不同程度的智能,借助联邦学习、迁移学习等新兴机器学习技术,共同提升6G无线网络智能化的水平。

无线感知和无线通信可以进行更为深度的融合,采用被动感知、主动感知、交互感知等方式与无线通信形成互补。在6G系统中,可进一步有效利用太赫兹、可见光等高频段的频谱资源,通过通信和感知模块的融合以及波形和多天线技术的协同,实现对例如环境、位置、人体动作的精准感知,同时还可减小设备体积。

多址接入技术在6G系统中进一步演进,例如采用非正交多址技术以及相应的增强技术,来提高空口资源的使用维度,并有效提高接入和传输的成功率,同时有利于更高优先级用户集合的接入。通过新型的或者优化的空口设计,非正交多址技术可以有效地提升接入的用户数量,减小传输时延,特别是更利于垂直行业中小包数据的突发传输。

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