6G：無線AI或?qū)⒏淖兺ㄐ畔到y(tǒng)，實現(xiàn)6G智能空中接口

有專家將5G網(wǎng)絡(luò)中引入的AI比作是“外掛式”、“嫁接式”AI，在6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之初，業(yè)界有意愿將AI設(shè)計成6G的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。浙江大學教授張朝陽在日前的6G系列研討會上表示，無線AI可能會改變經(jīng)典通信系統(tǒng)的模塊化架構(gòu)和通信范式，甚至實現(xiàn)6G智能空中接口。

未來通信是大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)

張朝陽表示，未來通信系統(tǒng)是大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)，同時還有空、天、地、海的超大距離連接，應(yīng)用場景復(fù)雜多樣，人、機、物存在其中，網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性增加。

經(jīng)典的通信范式是基于給定的需求、場景和資源分而治之，采用分層、分區(qū)、分簇的方式滿足需求，將時、空、頻切片滿足不同的場景，由此導致全局的狀態(tài)空間異質(zhì)化、分布化、碎片化和非連續(xù)化。

張朝陽說，經(jīng)典通信范式往往是基于局部有限場景，而且高度依賴于信道模型，因此必須針對不同的信道模型進行復(fù)雜的測量。經(jīng)典的通信范式有一些明顯的不足，信號設(shè)計高度依賴模型，使確定性場景的細節(jié)缺失。

具體來說，經(jīng)典的通信架構(gòu)和范式是基于給定的需求、場景、資源分而治之，基于局部有限狀態(tài)進行局部優(yōu)化控制，基于簡約參數(shù)設(shè)計模型進行收發(fā)處理，面向瞬時樣本序劃進行實時小數(shù)據(jù)計算，基于單用戶通信模式實現(xiàn)多用戶傳輸;；未來的通信網(wǎng)絡(luò)要轉(zhuǎn)向智能場景，具備情境感知能力，數(shù)據(jù)和模型融合處理，全維資源挖掘利用，對海量時空樣本的分布狀態(tài)做空間利用，全網(wǎng)多用戶智能分布協(xié)作。從而實現(xiàn)全面感知、全局優(yōu)化，提升資源效用和容量時延性能。

無線AI原理性框架已初步建立

人工智能為通信架構(gòu)和范式轉(zhuǎn)變提供了手段。張朝陽認為，通過云、邊、端海量分布數(shù)據(jù)和大狀態(tài)空間的挖掘利用，會極大提升網(wǎng)絡(luò)的感知和學習能力，實現(xiàn)接近全局最優(yōu)的性能，促進網(wǎng)絡(luò)智能的形成，以提供高度智能的服務(wù)。

當前，無線AI已經(jīng)受到國內(nèi)外研究機構(gòu)的高度重視和關(guān)注。無線AI的原理性框架和系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)初步建立，AI優(yōu)化、遷移、壓縮等理論快速發(fā)展，AI增強無線通信系統(tǒng)性能的機理和相應(yīng)性能極限則有待進一步探索。

MIT、UIUC、GaTech、香港科大、西安交大和浙大等高校已經(jīng)展開了相關(guān)探索，各種算法紛紛被提出，AI增強的編碼調(diào)制、MIMO傳輸、波束成形、信道估計、干擾協(xié)調(diào)、資源分配等等，機器學習框架和優(yōu)化算法不斷得到驗證。IEEE通信學會啟動了“基于機器學習的通信新興技術(shù)研究計劃”，歐盟Horizon2020啟動“智能網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)”6G研究項目，日本、韓國也開展了相關(guān)計劃。

近年，AI用于5G和6G的國際討論非?；钴S。有專家提出6G網(wǎng)絡(luò)將從軟件化向智能化發(fā)展，具備環(huán)境感知、資源挖掘、分布學習能力，甚至實現(xiàn)6G智能空中接口;也有學者提出了針對物聯(lián)網(wǎng)的機器學習架構(gòu)。

例如針對大規(guī)模異構(gòu)接入場景，在動態(tài)頻譜接入上，實現(xiàn)分布感知小樣本實時學習，利用深度學習和深度強化學習、水庫計算等方法，實現(xiàn)有效的未來大規(guī)模機器設(shè)備的動態(tài)隨機接入，從而提高頻率效率。

國內(nèi)學者還提出利用無線AI做頻譜、能量、緩存、計算等資源的深度挖掘，提升無線網(wǎng)絡(luò)的自治能力，而且適用于物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等動態(tài)部署場景。

張朝陽說，無線AI會實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)端到端優(yōu)化設(shè)計，還能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)的傳輸樣本，將數(shù)據(jù)和算力變?yōu)橘Y源的一部分，進一步提升資源效率，促進通信與計算、存儲更深地融合。未來將以網(wǎng)絡(luò)為平臺、以用戶為中心、以數(shù)據(jù)為原料、以算力為動能，使網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)能力得到顯著提升。

同時，無線AI也面臨很多基礎(chǔ)性問題，包括架構(gòu)、數(shù)據(jù)、模型、算法等方面，這些問題的本質(zhì)是通信與計算融合的問題，也是物理與數(shù)學在信息領(lǐng)域的前沿交叉，迫切需要深入研究和探索。