紫光展銳提出未來6G空口“一體多翼”的技術(shù)體系概念

在6G架構(gòu)/系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，紫光展銳提出了未來6G空口“一體多翼”的技術(shù)體系概念，即“Big-Lite Multi-RAT”。本文將詳細(xì)對(duì)該技術(shù)體系展開介紹。

“一體多翼”技術(shù)體系通過 “體”（Big RAT）和“翼”（Lite RAT）的有機(jī)結(jié)合，共同滿足6G各種場(chǎng)景下的不同需求，旨在為業(yè)界提供滿足未來6G多差異化應(yīng)用場(chǎng)景的解決方案思路，助推6G創(chuàng)新發(fā)展及統(tǒng)一生態(tài)加速構(gòu)建。

在ITU最新發(fā)布的關(guān)于6G框架和整體目標(biāo)的建議書Rec. ITU-R M.2160中，給出了六大應(yīng)用場(chǎng)景和十五大關(guān)鍵能力指標(biāo)維度，相比于4G/5G，6G新增的感知和AI等相關(guān)場(chǎng)景和能力，已經(jīng)超出傳統(tǒng)通信技術(shù)范疇。

目前，紫光展銳已圍繞重點(diǎn)領(lǐng)域開展6G基礎(chǔ)研究、核心關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，并將廣泛地參與業(yè)界討論，推進(jìn)相關(guān)研究，攜手合作伙伴共促6G未來商用成功。

“不止于通信”將是6G網(wǎng)絡(luò)的核心主題，未來的6G系統(tǒng)，一方面需要兼顧不同場(chǎng)景下多樣化的一般需求，另一方面也要滿足某些特定場(chǎng)景下的極致需求，這為6G系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。未來6G將是由“大而全”的“體”和“小而精”的“翼”共同構(gòu)筑的“一體多翼”技術(shù)體系，即“Big-Lite Multi-RAT1”，通過“體”（Big RAT）和“翼”（Lite RAT）的有機(jī)結(jié)合，共同滿足6G各種場(chǎng)景下的不同需求，為業(yè)界提供滿足未來6G多差異化應(yīng)用場(chǎng)景的解決方案思路，助推6G創(chuàng)新發(fā)展及統(tǒng)一生態(tài)加速構(gòu)建。

圖 1 6G場(chǎng)景及能力的擴(kuò)展

（左：應(yīng)用場(chǎng)景；右：能力需求）

回溯移動(dòng)通信技術(shù)的演變

移動(dòng)通信經(jīng)過40年左右的發(fā)展，從1G/2G的語音業(yè)務(wù)，到3G/4G的個(gè)人互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，再到5G的萬物互聯(lián)、賦能千行百業(yè)，其能力和承載的社會(huì)責(zé)任已取得了長足的進(jìn)展。

圖 2 移動(dòng)通信發(fā)展歷程

然而，每一代移動(dòng)通信的演進(jìn)，都是圍繞著“通信”能力開展，技術(shù)框架也比較簡單，其中較為革命性的變革是在2G時(shí)引入了分組交換（PS）以適應(yīng)個(gè)人互聯(lián)網(wǎng)的需求，并在后續(xù)不斷演進(jìn)。

隨著社會(huì)及科技的發(fā)展，5G提出了包含eMBB、URLLC和mMTC在內(nèi)的三大應(yīng)用場(chǎng)景，5G的初始技術(shù)框架是“1+1”的模式，采用NB-IoT和eMTC技術(shù)滿足mMTC場(chǎng)景，用NR技術(shù)滿足eMBB和URLLC場(chǎng)景，并沿著這兩條路線不斷演進(jìn)。NR技術(shù)以eMBB場(chǎng)景為基礎(chǔ)，針對(duì)URLLC等場(chǎng)景逐步進(jìn)行優(yōu)化，疊加新特性，實(shí)現(xiàn)新功能，通過靈活的網(wǎng)絡(luò)配置，滿足不同的業(yè)務(wù)需求，構(gòu)成了一套“大而全”的5G協(xié)議。但這種模式也存在一定弊端，比如網(wǎng)絡(luò)調(diào)度復(fù)雜性增加、行業(yè)應(yīng)用成本居高不下、部分極致需求難以滿足等。

圖 3 5G框架：“1+1”模式

“一體多翼”的技術(shù)理念與潛在技術(shù)方向

隨著“不止于通信”的需求在6G中占有更加顯著的位置，為滿足6G各種場(chǎng)景下的不同需求，對(duì)6G的設(shè)計(jì)理念做出一些革命性變革就顯得尤為重要。

“Big RAT”作為“一體多翼”中的“體”，以傳統(tǒng)移動(dòng)通信服務(wù)為主要出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)大體量的無線空口技術(shù)方案，采用靈活的配置，滿足各種各樣的差異化需求?！癇ig RAT”是基于5G NR的“進(jìn)化體”，滿足6G大部分應(yīng)用中的場(chǎng)景需求。

圖 5 “Big RAT”的潛在發(fā)展路徑

“Lite RAT”是“一體多翼”中的“翼”，可以采用全新的技術(shù)理念和框架，面向具有極端需求的服務(wù)，構(gòu)建輕量化的無線空口技術(shù)方案。不同的“Lite RAT”有著明顯差異的技術(shù)特性，“Lite RAT”的數(shù)量多寡取決于6G具體KPI指標(biāo)，且可能隨著6G不同的版本逐步引入。我們認(rèn)為，有以下五種潛在技術(shù)方向：

超高頻段的獨(dú)立RAT

太赫茲和可見光等超高頻段可提供豐富的頻譜資源，有望助力實(shí)現(xiàn)6G Tbps的通信速率，并支撐極致畫質(zhì)和多維度感官信息所需的海量多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸，從而打造真正意義上的身臨其境。

圖 6 超高頻段的獨(dú)立RAT

極簡化高可靠性的獨(dú)立RAT

將核心網(wǎng)的部分功能集成到RAN2中，可以減少RAN與核心網(wǎng)之間的交互，從而顯著減少相關(guān)流程的完成時(shí)間；通過壓縮和簡化RAN L2協(xié)議棧以適應(yīng)具有極端要求的特定應(yīng)用場(chǎng)景，而不是沿用當(dāng)前5G無線協(xié)議棧的通用化和分層設(shè)計(jì)，這可以減少功能冗余和處理過程復(fù)雜度；考慮新的信道編碼和調(diào)制方案，以抵抗各種干擾，在較低頻段引入更大的SCS、更小的調(diào)度粒度及更嚴(yán)格的HARQ3定時(shí)以進(jìn)一步降低時(shí)延。

圖 7 極簡化、高可靠性的獨(dú)立RAT

海量連接的獨(dú)立RAT

在6G時(shí)代，RedCap/eRedCap和NB-IoT/eMTC會(huì)繼續(xù)演進(jìn)以支持更多的應(yīng)用場(chǎng)景。如RedCap的定位增強(qiáng)滿足工業(yè)或日常定位需求，基于NB-IoT/eMTC的非地面網(wǎng)絡(luò)可以大幅提升物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的覆蓋。與此同時(shí)，生產(chǎn)生活中還需要引入全新的設(shè)計(jì)（無源物聯(lián)網(wǎng)/環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)）來滿足一些新的或極致場(chǎng)景要求，如極小的設(shè)備尺寸、極低的復(fù)雜度和功耗、極惡劣的環(huán)境（如高壓，高溫），無法供電或更換電池等。

圖 8 海量連接的獨(dú)立RAT

具有感知能力的獨(dú)立RAT

獨(dú)立的感知RAT可以針對(duì)感知需求設(shè)計(jì)獨(dú)立的感知波形。例如，直接引入雷達(dá)領(lǐng)域常見的脈沖波形或者FMCW等波形。此外，還可以考慮針對(duì)感知信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立的功控設(shè)計(jì)，一方面可以滿足感知功能的需求，另一方面還可以控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中感知-感知、感知-通信之間相互的干擾。

針對(duì)一些高精度感知業(yè)務(wù)（如手勢(shì)識(shí)別，成像等），還可以考慮分配更大的頻域帶寬資源或引入只用于感知功能的獨(dú)立帶寬資源來規(guī)避其他系統(tǒng)的干擾。

基于AI的獨(dú)立RAT

基于AI的獨(dú)立空口重點(diǎn)設(shè)計(jì)雙邊AI，這種設(shè)計(jì)將帶來更多好處：首先，雙邊AI設(shè)計(jì)可以出色地適應(yīng)收發(fā)器硬件和信道環(huán)境，提升系統(tǒng)性能，比如非線性功率放大器，器件造成的相位偏移和噪聲，高多普勒信道環(huán)境。另外，雙邊AI可以實(shí)現(xiàn)多模塊聯(lián)合設(shè)計(jì)、甚至更徹底的端到端設(shè)計(jì)，如語義通信可以將信源信道進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)。在一些特殊場(chǎng)景中，例如在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能交通等領(lǐng)域可以帶來很好的性能。

圖 10 雙邊AI的三個(gè)階段

6G終端的可行性實(shí)現(xiàn)方案

在我們看來，SoC和Chiplet方案將共同支持6G終端的多RATlet方案，架構(gòu)的選擇取決于使用場(chǎng)景、選擇的空口類型、半導(dǎo)體工藝能力、面積和功耗要求等。例如，從使用場(chǎng)景的角度來看，SoC集成AP可用于較為常見且通用場(chǎng)景的RATlet，而Chiplet可以用于特定場(chǎng)景的RATlet。需要注意的是，單個(gè)RATlet不必對(duì)應(yīng)于單個(gè)Chiplet，芯片中應(yīng)該部署的空口類型需要根據(jù)空口實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性進(jìn)行綜合評(píng)估。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是一個(gè)漫長而復(fù)雜的過程，在從理論到落地的過程中，需要各方參與者提前在技術(shù)、應(yīng)用、商業(yè)模式等生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)、不同視角評(píng)估和權(quán)衡，共同推進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作。

審核編輯：劉清