未來將呈現(xiàn)出萬務(wù)智聯(lián)改變世界的6G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代

隨著中國(guó)及全球5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模商用，6G研究創(chuàng)新窗口悄然而至。梳理了全球6G技術(shù)研究現(xiàn)狀，初步預(yù)估了6G需求、技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究工作路標(biāo)，分析了面向6G網(wǎng)絡(luò)的未來業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)和典型服務(wù)用例，構(gòu)建了6G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)愿景、基本性能需求，以及基于架構(gòu)、鏈路、空域、流域、推理與計(jì)算維度的6G使能技術(shù)框架。認(rèn)為6G潛在使能技術(shù)包括自治自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、智能三維連接、智能大規(guī)模天線陣、按需網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c計(jì)算、超硅計(jì)算與通信。重點(diǎn)介紹了中興通訊服務(wù)架構(gòu)無線接入網(wǎng)絡(luò)（SBA-RAN）、平滑虛擬小區(qū)技術(shù)（SVC）、智能反射表面MIMO技術(shù)（IRS-MIMO）與增強(qiáng)多用戶共享接入（eMUSA）等6G創(chuàng)新技術(shù)實(shí)例，揭示了決定6G相對(duì)5G是“演進(jìn)”還是“革命”網(wǎng)絡(luò)的決定要素是維持摩爾定律可持續(xù)發(fā)展的超硅計(jì)算技術(shù)，并展望了5G演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中將廣泛應(yīng)用的Pre6G創(chuàng)新技術(shù)。

6G網(wǎng)絡(luò)是指2030年將要商用的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。1980—2020年移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)“十年一代”的發(fā)展歷程，見證了3G移動(dòng)用戶超越固定用戶的“輝煌十年”，體驗(yàn)了4G移動(dòng)互聯(lián)改變生活的“美好十年”，開啟了5G萬物互聯(lián)改變社會(huì)的“創(chuàng)新十年”。未來“創(chuàng)新十年”中，5G商用網(wǎng)絡(luò)將在業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面不斷演進(jìn)，并最終向6G網(wǎng)絡(luò)過渡；因此6G也是5G長(zhǎng)期演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。

1 6G全球研究現(xiàn)狀

隨著5G網(wǎng)絡(luò)成功規(guī)模商用，全球產(chǎn)學(xué)研已在2019年正式啟動(dòng)6G潛在服務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與潛在使能技術(shù)的研究工作。

1.1歐盟

歐盟企業(yè)技術(shù)平臺(tái)NetWorld2020在2018年9月發(fā)布了《下一代因特網(wǎng)中的智能網(wǎng)絡(luò)》白皮書。在此基礎(chǔ)上，歐盟將在2020年第三季度制定2021—2027年產(chǎn)學(xué)研框架項(xiàng)目下的6G戰(zhàn)略研究與創(chuàng)新議程（SRIA）與戰(zhàn)略開發(fā)技術(shù)（SDA），并在2021年第一季度暨世界移動(dòng)通信大會(huì)上正式成立歐盟6G伙伴合作項(xiàng)目，在2021年4月開始執(zhí)行第一批6G智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)產(chǎn)學(xué)研框架項(xiàng)目。

1.2芬蘭6G旗艦項(xiàng)目

芬蘭政府在2018年5月率先成立了芬蘭奧魯大學(xué)牽頭管理的6G旗艦項(xiàng)目，項(xiàng)目成員以芬蘭企業(yè)、高校與研究所為主，該項(xiàng)目計(jì)劃在2018—2026年投入2.51歐元用于6G研發(fā)。芬蘭奧魯大學(xué)每年3月牽頭組織召開了兩屆6G無線峰會(huì)，主要廠家與運(yùn)營(yíng)商均發(fā)表了6G技術(shù)峰會(huì)演講，并在會(huì)上與會(huì)下技術(shù)討論基礎(chǔ)上于2019年9月發(fā)布了《面向6G泛在無線智能的驅(qū)動(dòng)與主要研究挑戰(zhàn)》白皮書。

目前6G無線峰會(huì)正在起草12個(gè)技術(shù)專題的6G技術(shù)白皮書，最快在2020年下半年發(fā)布若干技術(shù)白皮書，包括6G驅(qū)動(dòng)與聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、垂直服務(wù)驗(yàn)證與試驗(yàn)、無線通信機(jī)器學(xué)習(xí)、B5G聯(lián)網(wǎng)、寬帶連接、射頻（RF）技術(shù)與頻譜、偏遠(yuǎn)地區(qū)連接、6G商務(wù)、6G邊緣計(jì)算、信任安全與隱私、6G關(guān)鍵與大規(guī)模機(jī)器通信、定位與傳感。

1.3 美國(guó)

美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）在2018年啟動(dòng)了95 GHz～3 THz頻率范圍的太赫茲頻譜新服務(wù)研究工作，從2019年6月開始發(fā)放為期10年、可銷售網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的試驗(yàn)頻譜許可。其頻譜研究主要問題包括：1）95～275 GHz頻段政府與非政府共享使用；2）275 GHz～3 THz不干擾現(xiàn)有頻譜使用；3）非許可頻譜合計(jì)21.2 GHz帶寬，包括116～123 GHz、174.8～182 GHz、185～190 GHz、244～246 GHz。

美國(guó)電信行業(yè)解決方案聯(lián)盟（ATIS）在2020年5月19日發(fā)布了6G行動(dòng)倡議書，建議政府在6G核心技術(shù)突破上投入額外研發(fā)資金，鼓勵(lì)政府與企業(yè)積極參與制定國(guó)家頻譜政策。目前，美國(guó)希望主導(dǎo)的未來5G與6G核心技術(shù)包括5G集成與開放網(wǎng)絡(luò)（ION）、支持人工智能（AI）的高級(jí)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)、先進(jìn)的天線與無線電系統(tǒng)（例如95 GHz以上太赫茲頻段）、多接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（包括地面與非地面網(wǎng)絡(luò)、自我感應(yīng)以支持超高清定位等應(yīng)用）、智能醫(yī)療保健網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（包括遠(yuǎn)程診斷與手術(shù)，利用多感測(cè)應(yīng)用、觸覺互聯(lián)網(wǎng)和超高分辨率3D影像等新功能）和農(nóng)業(yè)4.0服務(wù)（支持統(tǒng)一施用水、肥料和農(nóng)藥）。

1.4 日本與韓國(guó)

日本政府將在2020年夏季發(fā)布6G無線通信網(wǎng)絡(luò)研究戰(zhàn)略。韓國(guó)政府電子與電信研究所（ETRI）在2019年6月與芬蘭奧魯大學(xué)簽訂了6G網(wǎng)絡(luò)合作研究協(xié)議；三星自2019年開始重點(diǎn)研究6G、人工智能與機(jī)器人技術(shù)；LG在2019年1月與韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究所（KAIST）合作建立了6G研究中心；SKT與廠家聯(lián)合研究6G關(guān)鍵性能指標(biāo)與商務(wù)需求。

1.5 中國(guó)

中國(guó)工業(yè)和信息化部已將原有的IMT-2020推進(jìn)組擴(kuò)展到IMT-2030推進(jìn)組，開展6G需求、愿景、關(guān)鍵技術(shù)與全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的可行性研究工作。中國(guó)科學(xué)技術(shù)部牽頭在2019年11月啟動(dòng)了由37家產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)參與的6G技術(shù)研發(fā)推進(jìn)組，開展6G需求、結(jié)構(gòu)與使能技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目。

1.6 其他

中國(guó)移動(dòng)在2019年11月發(fā)布了《6G愿景與需求》白皮書。日本DoCoMo在2020年1月發(fā)布了《B5G與6G無線技術(shù)需求》白皮書。國(guó)際電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T）在部分產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下在2018年成立了 6G需求與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究項(xiàng)目即IMT-2030焦點(diǎn)組，該研究項(xiàng)目先后發(fā)布了《6G技術(shù)藍(lán)圖、應(yīng)用與市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)》《6G新服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)技服務(wù)能力》與《代表性用例和關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)需求》等白皮書或技術(shù)研究報(bào)告。

2 6G研究與標(biāo)準(zhǔn)工作路標(biāo)預(yù)測(cè)

未來10年內(nèi)ITU、中國(guó)6G推進(jìn)組與3GPP的6G標(biāo)準(zhǔn)工作路標(biāo)預(yù)測(cè)。相應(yīng)的基本判斷是：

1）2020—2023年是6G業(yè)務(wù)、愿景、使能技術(shù)的可行性研究窗口；

2）2020年是識(shí)別6G使能技術(shù)的早期階段。

國(guó)際電信聯(lián)盟無線電通信部門（ITU-R）的WP5D工作組計(jì)劃在2022年6月完成《IMT未來技術(shù)趨勢(shì)》研究報(bào)告，在2021年6月—2022年11月完成《IMT-2020之后愿景》研究報(bào)告。預(yù)計(jì)2023年底的世界無線電通信大會(huì)（WRC）將討論6G頻譜需求，2027年底的WRC將完成6G頻譜分配。

中國(guó)IMT-2030暨6G推進(jìn)組的6G業(yè)務(wù)、愿景與使能技術(shù)的研究和驗(yàn)證，將與ITU-R的6G標(biāo)準(zhǔn)工作計(jì)劃保持同步。可以預(yù)測(cè)的是，在2023—2027年中國(guó)將完成6G系統(tǒng)與頻譜的研究、測(cè)試與系統(tǒng)試驗(yàn)。

面向2028—2029年ITU 6G標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估窗口，3GPP預(yù)計(jì)需要在2024—2025年即R19窗口正式啟動(dòng)6G標(biāo)準(zhǔn)需求、結(jié)構(gòu)與空口技術(shù)的可行性研究工作，并最快在2026—2027年即R20窗口完成6G空口標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范制定工作。此前，3GPP將在2020—2023年完成R17與R18的5G演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)制定，此階段可簡(jiǎn)稱為后5G即B5G標(biāo)準(zhǔn)。R17/18 5G演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)主要功能，包括面向未來演進(jìn)移動(dòng)寬帶、固定無線接入、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、大規(guī)模機(jī)器通信、無人機(jī)與衛(wèi)星接入等用例的演進(jìn)空口與增強(qiáng)功能，例如5G高頻段空口即NR 52.6～71 GHz、5G非地面網(wǎng)絡(luò)空口（NR-NTN）與其高頻段NTN、蜂窩窄帶物聯(lián)非地面網(wǎng)絡(luò)（NB-IoT/eMTC-NTN）、面向可穿戴與視頻監(jiān)控等中檔終端的5G中檔能力空口及其演進(jìn)功能（NR-RedCap+）、5G多媒體廣播與組播服務(wù)空口及其演進(jìn)功能（NR-MBMS+）、接入與回傳集成演進(jìn)功能（IAB+）、5G直傳空口及其演進(jìn)功能（NR-Sidelink+）、5G非許可頻段空口及其演進(jìn)功能（NR-U+）、定位增強(qiáng)功能、智能自組織網(wǎng)絡(luò)及其演進(jìn)功能、通信傳感集成及其演進(jìn)功能（ICS+）、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓鰪?qiáng)功能等。

用戶定義視頻（如抖音）上行流量的便捷消費(fèi)，機(jī)器視覺計(jì)算（如人臉識(shí)別）的廣泛應(yīng)用，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）、光場(chǎng)與點(diǎn)云等光波全息傳送的潛在消費(fèi)，零距離虛擬現(xiàn)場(chǎng)交互（如異地“真人”二重唱或樂隊(duì)“云演奏”）的出現(xiàn)，靈巧可靠的數(shù)字人/機(jī)車/機(jī)器人終端集群（如自動(dòng)駕駛汽車）服務(wù)，以及聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)逐步實(shí)施，都預(yù)示了人性化、全息交互、群體協(xié)作的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)。

4G與5G、物聯(lián)網(wǎng)、云邊計(jì)算、人工智能（AI）與機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、衛(wèi)星火箭、無人機(jī)、可穿戴技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、可植入技術(shù)、超硅計(jì)算與通信技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，為業(yè)務(wù)創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)用與技術(shù)的雙重創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，決定5G應(yīng)用將在未來10年快速成長(zhǎng)，并創(chuàng)造出新的生活方式、數(shù)字經(jīng)濟(jì)和社會(huì)結(jié)構(gòu)，例如跨階層的數(shù)字生活、網(wǎng)紅經(jīng)濟(jì)、數(shù)字貴族等。

為順應(yīng)人性化、全息交互、群體協(xié)作的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)，6G時(shí)代可能誕生的全新服務(wù)將進(jìn)一步擴(kuò)展到感知互聯(lián)網(wǎng)、AI服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)，呈現(xiàn)出萬務(wù)智聯(lián)改變世界的6G愿景。

感知互聯(lián)網(wǎng)是指視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺、情感與意念等全息協(xié)作實(shí)時(shí)交互媒體互聯(lián)服務(wù)。

感知互聯(lián)網(wǎng)的典型用例“如影隨形實(shí)時(shí)共享感知”是指在預(yù)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過許可與信任控制，一個(gè)人可以通過自己的視覺和或其他感覺，真實(shí)地體驗(yàn)另一個(gè)人的感覺甚至生活。例如，一位母親可以真實(shí)地體驗(yàn)孩子剛剛穿上新鞋后是否磨腳的個(gè)人體驗(yàn)。

4.2 AI服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)

AI服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)是指未來任何人、機(jī)器、組織或行為，都可以享受的協(xié)作智能互聯(lián)服務(wù)。

AI服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的典型用例“高速公路無人自動(dòng)駕駛”是指無人駕駛汽車或車隊(duì)依據(jù)實(shí)時(shí)導(dǎo)航與定位機(jī)器人的最佳路線設(shè)計(jì)，機(jī)智地避免與車外人體或物體的碰撞，以最短時(shí)間、最小能耗到達(dá)目的地。

4.3 行業(yè)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)

行業(yè)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)是指跨越任何領(lǐng)域或平臺(tái)、任何網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）或數(shù)字孿生服務(wù)所需的協(xié)作或虛擬孿生感應(yīng)與執(zhí)行互聯(lián)服務(wù)。

行業(yè)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的典型用例“觸覺反饋機(jī)器人手術(shù)”是指通過人機(jī)協(xié)作并借助多路輔助視頻［包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）視頻］和觸覺反饋的方式遠(yuǎn)程完成諸如冠狀動(dòng)脈、腹腔鏡等無創(chuàng)外科手術(shù)。

4.4 6G業(yè)務(wù)需求

感知互聯(lián)網(wǎng)側(cè)重于感知全息實(shí)時(shí)共享，AI服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)側(cè)重于泛在智能，行業(yè)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)側(cè)重于人機(jī)或機(jī)器之間的協(xié)作自動(dòng)。

上述典型用例的初步連接需求，包括但不限于帶寬、延時(shí)、同步、抖動(dòng)、可靠性、高精定位、能耗、算力、生物兼容性等需求，每個(gè)典型用例的具體性能指標(biāo)尚在研究之中。

5 6G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)初步預(yù)測(cè)

依據(jù)3GPP R17 5G新服務(wù)需求研究結(jié)果，結(jié)合高清、高自由度、人眼極限視頻帶寬與可靠性要求，以及自動(dòng)駕駛定位精度要求和非地面網(wǎng)絡(luò)空中基站移動(dòng)速度要求等，我們可以初步估計(jì)6G時(shí)代新型服務(wù)的性能指標(biāo)需求和相對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的提升倍數(shù)，如圖4所示。

6G網(wǎng)絡(luò)將支持1 Tbit/s峰值數(shù)據(jù)率、20 Gbit/s用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)率、10 Gbit/（s?m2）的區(qū)域業(yè)務(wù)容量密度、100 Gbit/（s?m3）的空間容量密度、每平方米100個(gè)終端的連接密度、167 dB的最大耦合損耗（表示極限覆蓋范圍）、8 km/s基站或小區(qū)移動(dòng)速度、低于0.5 ms用戶面時(shí)延、高于7個(gè)9的可靠性、20年的電池供電壽命、0.2μs的確定性通信時(shí)延同步精度、低于10 cm高精定位精度。

由于5G網(wǎng)絡(luò)支持20 Gbit/s的峰值數(shù)據(jù)率、100 Mbit/s的用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)率、10 Mbit/（s?m2）的區(qū)域業(yè)務(wù)容量密度、每平方米1個(gè)終端的連接密度、164 dB的最大耦合損耗（表示極限覆蓋范圍）、500 km/s的移動(dòng)速度、0.5 ms的eMBB用戶面（UP）單向時(shí)延、5個(gè)9的可靠性、10年的電池供電壽命、1μs的確定性通信時(shí)間同步精度、10m以上定位精度。6G相對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)提升倍數(shù)。當(dāng)然，隨著5G服務(wù)用例的不斷擴(kuò)展，5G長(zhǎng)期演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)也可以有步驟地達(dá)到這些網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)要求。

6 6G網(wǎng)絡(luò)潛在使能技術(shù)

面向上述6G及5G長(zhǎng)期演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與性能需求，參考全球產(chǎn)學(xué)研B5G/6G技術(shù)研究結(jié)果，6G網(wǎng)絡(luò)使能技術(shù)可以從所示的結(jié)構(gòu)、鏈路、空域、流域、推理、計(jì)算這6個(gè)維度來考慮，具體包括自治自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、智能三維連接、智能大規(guī)模天線陣、按需網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、按需網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、超硅計(jì)算與通信。

6.1 自治自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

6G網(wǎng)絡(luò)不僅需要支持智能化、自動(dòng)化、服務(wù)化的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)軟件定義智能、編排與管理（例如認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)架構(gòu)、全自動(dòng)生命周期管理、CPS與數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)），同時(shí)還需要支持智能無線電、智能覆蓋與智能演進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以確保服務(wù)、編排、管理、拓?fù)?、部署、覆蓋、空口、天線等連接要素的靈活性和軟件可編程。

所謂智能無線電是指軟件定義的無線信道，通過無線鏈路與其傳播特性的分離，實(shí)現(xiàn)有線通信質(zhì)量或超過有線通信質(zhì)量的無線連接；智能覆蓋是指終端與小區(qū)分離，虛擬小區(qū)為終端服務(wù)，小區(qū)邊緣不再存在；智能演進(jìn)是指獨(dú)立的無線網(wǎng)絡(luò)功能演進(jìn)，任何動(dòng)態(tài)操作可支持AI處理，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢罁?jù)服務(wù)需求靈活選擇與改變。因此，6G自治自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將成為各項(xiàng)6G網(wǎng)絡(luò)使能技術(shù)的融合基礎(chǔ)。

6.2 智能三維連接

智能三維連接是指空、天、地、海一體化全頻段智能通信連接，支持人與人通信、人機(jī)合作通信與機(jī)器通信，支持MHz到THz頻率范圍，支持2G/3G/4G/5G等地面網(wǎng)絡(luò)（TN）與非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）融合組網(wǎng)——這里NTN是指地上/水下無人機(jī)、半靜止空中平臺(tái)、飛行器、低/中/高/同步地球軌道衛(wèi)星等組成的非地面通信網(wǎng)絡(luò)。

智能三維連接主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括：全頻段頻譜管理，包括NR/IoT-NTN空口演進(jìn)、通信與傳感集成、THz與可見光通信、厘米級(jí)高精定位等多制式空口設(shè)計(jì)，多制式和諧物理層共存設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)距離隨機(jī)接入與時(shí)頻偏移補(bǔ)償技術(shù)，高譜效大連接多址技術(shù)，無線資源與干擾管理，高速移動(dòng)性管理，業(yè)務(wù)與終端服務(wù)連續(xù)性，確定性及其通信技術(shù)，尤其是滿足一個(gè)或一組特定業(yè)務(wù)需求（如譜效、能效、成本效率、可靠性、時(shí)延與抖動(dòng)）的智能連接策略。

其中，太赫茲通信技術(shù)挑戰(zhàn)包括：極低峰均功率比波形與調(diào)制，超大帶寬與容量信道編碼、極窄波束管理技術(shù)，漫散射信道建模技術(shù)，極低功耗RF器件，高增益天線技術(shù)，大帶寬數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，全電與光電混合鏈路設(shè)計(jì)等?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)挑戰(zhàn)包括：可見光超輻射發(fā)光二極管等光信號(hào)源設(shè)計(jì)，大帶寬與高靈敏度光檢測(cè)器，外調(diào)制器、放大器、復(fù)用與解復(fù)用、光開關(guān)與收發(fā)集成器等光電混合器件，室內(nèi)/室外/水下光信道建模以及陣列天線技術(shù)。

6.3 智能大規(guī)模天線陣

智能大規(guī)模天線陣是指依據(jù)空間自由度達(dá)到三維連接鏈路優(yōu)設(shè)計(jì)要求的智能天線陣技術(shù)，包括能量有效的大容量多用戶MIMO即MU-MIMO技術(shù)、超大規(guī)模天線陣列智能波束管理技術(shù)、以終端為中心的分布式MIMO技術(shù)、靈活部署的智能反射/透射表面技術(shù)等。

其主要應(yīng)用場(chǎng)景包括城市密集街區(qū)高頻覆蓋、大容量MU-MIMO能效改進(jìn)、室外到室內(nèi)連續(xù)覆蓋、高頻段高速移動(dòng)無損切換、人造無線信道環(huán)境。

其主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括空間效率與鏈路性能聯(lián)合優(yōu)化、高增益低損耗智能天線面板設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)多天線靈活部署策略、智能MIMO算法設(shè)計(jì)、智能導(dǎo)頻與訓(xùn)練序列優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

6.4 按需網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

按需網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵敢罁?jù)服務(wù)和連接需求靈活選擇或改變網(wǎng)絡(luò)部署形態(tài)與密度，包括TN/NTN接入與回傳集成、本地網(wǎng)狀網(wǎng)、靈活組播與多跳技術(shù)、動(dòng)態(tài)路徑選擇、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)切片、多層異構(gòu)密集化技術(shù)等，以實(shí)現(xiàn)成本、能耗等性能指標(biāo)的按需優(yōu)化。

其主要應(yīng)用場(chǎng)景包括跨行業(yè)（如衛(wèi)星廣播電視與通信）數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施綜合服務(wù)平臺(tái)、本地部署的CPS或數(shù)字孿生等確定性傳感通信（如數(shù)字孿生城市基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控、協(xié)作機(jī)器人通信）服務(wù)平臺(tái)。

其主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括數(shù)據(jù)/意圖驅(qū)動(dòng)智能拓?fù)洌郯ňW(wǎng)狀網(wǎng)（MESH）、組播、多跳］策略、靈活無線接入網(wǎng)或虛擬小區(qū)（即用戶為中心的服務(wù)小區(qū)）、智能移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（包括用戶或站點(diǎn)移動(dòng)性預(yù)測(cè)與切換）、智能端到端網(wǎng)絡(luò)切片（包括業(yè)務(wù)與用戶資源需求預(yù)測(cè)與分配）等。

6.5 按需網(wǎng)絡(luò)計(jì)算

按需網(wǎng)絡(luò)計(jì)算是指6G網(wǎng)絡(luò)智能代理、算力與算法技術(shù)，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、對(duì)抗學(xué)習(xí)、聯(lián)邦學(xué)習(xí)、自動(dòng)學(xué)習(xí)、可解釋學(xué)習(xí)、負(fù)責(zé)任學(xué)習(xí)等深度學(xué)習(xí)算法以及全局與本地AI分層技術(shù)和AI空口設(shè)計(jì)與AI芯片技術(shù)，以確保服務(wù)、資源、管理尤其是算力效率及其可信任性。

其應(yīng)用場(chǎng)景包括物理層自動(dòng)調(diào)制解調(diào)與信道編譯碼、無線高精定位、移動(dòng)性管理、網(wǎng)絡(luò)靈活部署、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)編排與管理等。

其主要技術(shù)挑戰(zhàn)為云邊端混合聯(lián)邦A(yù)I架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)全局與本地AI集成、多個(gè)AI代理目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)、可解釋AI算法設(shè)計(jì)、標(biāo)簽數(shù)據(jù)自助獲取、數(shù)據(jù)標(biāo)簽的主動(dòng)學(xué)習(xí)、訓(xùn)練與測(cè)試誤差降低。

6.6 超硅計(jì)算與通信

超硅計(jì)算與通信是指各種后摩爾計(jì)算或人腦啟發(fā)計(jì)算技術(shù)，包括計(jì)算存儲(chǔ)技術(shù)、神經(jīng)神態(tài)計(jì)算、量子計(jì)算等新型計(jì)算、基于石墨烯與碳納米管等新型二維/三維材料的計(jì)算技術(shù)、三維異質(zhì)集成、多芯片結(jié)構(gòu)與高速互聯(lián)技術(shù)，以及環(huán)境無線能量采集技術(shù)、極近距離人體無線通信或液態(tài)分子通信、人體大腦與計(jì)算機(jī)或云接口技術(shù)等。

當(dāng)然，這些新型計(jì)算技術(shù)的可行研究可能需要在6G演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)框架中考慮，例如以分子通信（液體或其噴霧的化學(xué)通信）和腦云接口（神經(jīng)元細(xì)胞突觸與超級(jí)大腦云之間的接口）為代表的微觀三維連接技術(shù)。

7 中興通訊6G創(chuàng)新技術(shù)實(shí)例

如何設(shè)計(jì)滿足上述6G服務(wù)需求的6G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與使能技術(shù)，并通過測(cè)試、試驗(yàn)驗(yàn)證其技術(shù)可行性，將是中國(guó)與全球6G產(chǎn)學(xué)研資源的共同使命。中興通訊無線技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)圍繞上述6G使能技術(shù)開展了相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新工作，例如服務(wù)架構(gòu)無線接入網(wǎng)絡(luò)（SBA-RAN）、平滑虛擬小區(qū)技術(shù)（SVC）、智能反射表面MIMO技術(shù)（IRS-MIMO）與增強(qiáng)多用戶共享接入（eMUSA）。這些創(chuàng)新技術(shù)實(shí)例不僅可以用于6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以用于5G演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的需求與功能擴(kuò)展及其性能提升。

7.1 服務(wù)架構(gòu)無線接入網(wǎng)（SBA-RAN）

為支持云原生的6G網(wǎng)絡(luò)——包括智能三維連接所需的原生的軟件定義全頻段空中接口和協(xié)議棧、需求和意圖驅(qū)動(dòng)的多制式空口及不同物理層技術(shù)的靈活演進(jìn)——有必要在無線接入網(wǎng)側(cè)引入與核心網(wǎng)有效融合的服務(wù)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。服務(wù)架構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)一般設(shè)計(jì)原則包括：

1） 最小化耦合關(guān)系的模塊化、服務(wù)化功能定義和功能劃分；

2） 最大化流程重用，流程本身也是服務(wù)；

3） 控制功能和執(zhí)行功能分離，以允許獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)、部署、彈性伸縮和定制；

4） 解耦框架性功能（或平臺(tái)性功能）與其上的無線服務(wù)功能；

5） 支持按需的“無狀態(tài)”控制功能，其中“無狀態(tài)”是指上下文的使用和存儲(chǔ)是分離的。

無線接入網(wǎng)服務(wù)功能不僅包括物理層執(zhí)行功能、物理層控制功能、用戶面執(zhí)行功能、用戶面控制功能和無線連接控制功能，還包括和這些基礎(chǔ)功能相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、數(shù)據(jù)采集功能、智能分析功能和運(yùn)營(yíng)功能。無線服務(wù)功能可進(jìn)一步劃分為執(zhí)行平面、控制平面、數(shù)據(jù)平面、智能平面、運(yùn)營(yíng)平面?？缙矫娴亩喙δ軈f(xié)作，可支持像無線接入網(wǎng)切片之類的高級(jí)特性。若大量的租戶需要共享無線接入網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，則執(zhí)行功能和控制功能可以被運(yùn)營(yíng)平面、智能平面的功能所編排和配置，以滿足不同租戶的個(gè)性化需求。

SBA-RAN可以支持無線接入網(wǎng)不同功能的獨(dú)立演進(jìn)，它是原生的軟件定義空中接口（SDAI）/協(xié)議（SDP）的使能技術(shù)。

7.2 平滑虛擬小區(qū)（SVC）

SVC通過部署大規(guī)模分布式接入節(jié)點(diǎn)（AP），利用本地化共軛預(yù)編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)AP間相干上下行傳輸，以用戶為中心的靈活虛擬小區(qū)構(gòu)建，支持幾乎一致的用戶傳輸質(zhì)量而不管它們處于哪個(gè)位置，來實(shí)現(xiàn)可以消除傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)邊界的平滑切換技術(shù)，旨在解決小區(qū)間干擾問題并提升用戶體驗(yàn)。

每個(gè)AP配備有少量天線，分布在所需覆蓋區(qū)域內(nèi)，通過前端前傳網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，與一個(gè)或多個(gè)中央處理器（CPU）相連。在理想情況下，平滑虛擬小區(qū)以時(shí)分雙工模式運(yùn)行，其上行鏈路導(dǎo)頻信號(hào)可用于上行和下行鏈路信道估計(jì)。

每個(gè)用戶享有由大量較佳質(zhì)量的AP構(gòu)造出的虛擬小區(qū)服務(wù)，路徑損耗較小且多個(gè)信道相互獨(dú)立，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模衰落分集，從而解決了常規(guī)共址天線基站的小區(qū)邊緣干擾問題。虛擬小區(qū)包含的AP規(guī)模越大，SVC網(wǎng)絡(luò)中的虛擬小區(qū)干擾會(huì)更容易被抑制。與此同時(shí)，信道硬化的效果使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到有效簡(jiǎn)化。

CPU主要負(fù)責(zé)編碼調(diào)制以及資源的調(diào)度分配等功能。下行信息發(fā)送時(shí)，在AP處執(zhí)行信號(hào)共軛預(yù)編碼來避免大量信道狀態(tài)信息（CSI）的交換；上行信息接收時(shí)，AP使用本地CSI實(shí)現(xiàn)預(yù)編碼匹配濾波器、迫零或最小均方誤差等信號(hào)檢測(cè)處理。每個(gè)接入點(diǎn)由天線和用戶設(shè)備級(jí)射頻模塊組成，這些模塊執(zhí)行數(shù)字操作，例如信道估計(jì)、組合/預(yù)編碼、插值/抽取、數(shù)字預(yù)失真和離散傅立葉變換；因此這對(duì)前端網(wǎng)絡(luò)傳輸容量提出更高要求。

其主要應(yīng)用場(chǎng)景包括高頻段超大帶寬通信、一致用戶體驗(yàn)、低時(shí)延超高可靠通信、用戶附近內(nèi)容緩存、網(wǎng)絡(luò)密集型計(jì)算任務(wù)。其關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)包括前端前傳帶寬降低、無小區(qū)初始接入、免調(diào)度隨機(jī)接入技術(shù)等。

IRS-MIMO主要應(yīng)用場(chǎng)景包括高頻覆蓋與服務(wù)連續(xù)性改進(jìn)、MIMO容量和或能效性能改進(jìn)、人造無線信道環(huán)境。給出IRS-MIMO系統(tǒng)組成框圖，該系統(tǒng)由MIMO基站、基站可控的智能反射表面天線板、用戶終端組成。基站可以通過無線或有線控制信令接口，按需控制智能反射表面天線板輻射信號(hào)相位/幅度/極化等配置參數(shù)。處于基站非視距傳播位置且無法接收到基站的直射信號(hào)的用戶終端（UE1），可以通過IRS-MIMO天線板接收基站MIMO發(fā)射信號(hào)。

分別給出了高頻段（28 GHz）與低頻段（2.6 GHz）上城市密集街區(qū)樓頂IRS-MIMO天線板主波束對(duì)準(zhǔn)某一方位時(shí)的輻射方向圖，同時(shí)給出了IRS-MIMO天線板通過反射基站MIMO信號(hào)在原基站非直射區(qū)域的接收信號(hào)強(qiáng)度仿真結(jié)果。結(jié)果顯示，該基站原來的覆蓋盲區(qū)街道上目標(biāo)覆蓋區(qū)域的信號(hào)得到了增強(qiáng)，從而擴(kuò)展了基站MIMO的覆蓋。需要被進(jìn)一步研究的IRS-MIMO技術(shù)問題包括：IRS-MIMO信道建模；IRS天線板的面板配置參數(shù)設(shè)計(jì)，及其對(duì)MU-MIMO能效、容量或譜效影響的定量評(píng)估；基站與反射信號(hào)聯(lián)合優(yōu)化的MU-MIMO算法優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。

7.4 增強(qiáng)多用戶共享接入（eMUSA）

隨著未來通信技術(shù)從人的通信轉(zhuǎn)變?yōu)槲锏耐ㄐ拧⑾滦袨橹鬓D(zhuǎn)變?yōu)樯闲袨橹?、基站為中心轉(zhuǎn)變?yōu)槿ブ行幕瑐鹘y(tǒng)的接入技術(shù)將無法滿足海量連接和實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨?；因此，eMUSA技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。eMUSA是一種輕量級(jí)和即時(shí)的多用戶傳輸技術(shù)。圖10給出了eMUSA技術(shù)愿景、特性與技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

eMUSA可以應(yīng)用在大規(guī)模機(jī)器通信（mMTC）場(chǎng)景，簡(jiǎn)化傳輸交互流程，省去海量用戶調(diào)度的巨大開銷，從而實(shí)現(xiàn)高過載和高譜效的小包傳輸和低成本的終端設(shè)計(jì)。eMUSA也可以應(yīng)用在超可靠低時(shí)延通信（URLLC）場(chǎng)景，減少調(diào)度造成的延時(shí)，并且可以支持無設(shè)施的端到端傳輸，以保障傳輸?shù)姆€(wěn)健性。另外，eMUSA無需中心節(jié)點(diǎn)的調(diào)度，就可以滿足未來以用戶為中心的6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求。

在免調(diào)度的場(chǎng)景，多用戶傳輸無法保證嚴(yán)格正交，eMUSA采用基于功率域、碼域和空域的非正交技術(shù)來區(qū)分不同的用戶。為了避免導(dǎo)頻碰撞，eMUSA支持無須導(dǎo)頻的純數(shù)據(jù)傳輸。eMUSA利用數(shù)據(jù)的先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行用戶檢測(cè)、均衡、時(shí)頻偏估計(jì)等信號(hào)處理，并且針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)采用創(chuàng)新的波形設(shè)計(jì)來支持低峰均比（PAPR）。當(dāng)接收天線數(shù)很多時(shí)，基于數(shù)據(jù)的方案對(duì)于空域合并比的搜索空間太大、復(fù)雜度高。在這種場(chǎng)景下，eMUSA采用增強(qiáng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)來減小導(dǎo)頻碰撞。和傳統(tǒng)的非正交導(dǎo)頻不同，eMUSA采用部分正交的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)以減小接收端的復(fù)雜度，降低鄰小區(qū)干擾和抵抗時(shí)頻偏。另外，由于接入的用戶數(shù)是完全隨機(jī)的，eMUSA可以借助分集和干擾消除技術(shù)來平均不同時(shí)刻上的用戶干擾，以獲得更加可靠的性能。

8 總結(jié)與展望

終端與應(yīng)用創(chuàng)新始終是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)“跳躍式”發(fā)展的動(dòng)力，例如智能手機(jī)、社交網(wǎng)絡(luò)與用戶短視頻；而受限于光波處理算法與終端算力，AR/虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）/XR終端尚未“再現(xiàn)”智能手機(jī)的成功。未來新型服務(wù)終端、超硅與非馮諾依曼計(jì)算、5G競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的比較創(chuàng)新，將在很大程度上決定6G需求、架構(gòu)與技術(shù)創(chuàng)新的性質(zhì)是“演進(jìn)”還是“革命”。其中，超硅計(jì)算既是6G最大挑戰(zhàn)，也是6G潛在機(jī)會(huì)；石墨烯與碳納米管等新型材料科學(xué)、神經(jīng)生態(tài)計(jì)算、量子計(jì)算、人腦科學(xué)等基礎(chǔ)研究，將幫助6G發(fā)現(xiàn)并使用維持摩爾定律高速發(fā)展的計(jì)算技術(shù)。

當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)側(cè)技術(shù)創(chuàng)新的目標(biāo)始終是：更高的頻段和或帶寬，更高的頻譜、空間、接入、能量、成本、冗余、鏈路、拓?fù)洹⒚芗渴?、管理與編排、計(jì)算效率。6G自治自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、智能三維連接、智能大規(guī)模天線陣、按需網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、按需網(wǎng)絡(luò)計(jì)算是實(shí)現(xiàn)上述網(wǎng)絡(luò)側(cè)技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)的潛在候選技術(shù)。其中，空地通信融合組網(wǎng)、平滑虛擬小區(qū)、智能反/透射表面MIMO技術(shù)、大約1～10 GHz帶寬的太赫茲通信、通信傳感集成技術(shù)、增強(qiáng)多用戶共享接入等Pre6G技術(shù)將可能率先在5G演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。

面向2020—2023年B5G與6G研究窗口，中興通訊將立足2G、3G、4G與5G 大規(guī)模商用網(wǎng)絡(luò)的連接技術(shù)積累，與全球6G產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)互相合作，為5G向6G網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期演進(jìn)貢獻(xiàn)更多更強(qiáng)的Pre6G創(chuàng)新技術(shù)。6G商用雖然遙遠(yuǎn)，Pre6G技術(shù)正在向5G走來！
責(zé)任編輯：tzh