6G技術(shù)挑戰(zhàn)、創(chuàng)新與展望

Challenges, Innovations and Perspectives towards 6G

方敏/FANG Min1,2, 段向陽(yáng)/DUAN Xiangyang1,2, 胡留軍/HU Liujun1,2

（1. 中興通訊股份有限公司，廣東 深圳 518057；

2. 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)多媒體技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518057）

(1. ZTE Corporation, Shenzhen 518057, China;

2. State Key Laboratory of Mobile Network and Mobile Multimedia, Shenzhen 518057, China)

摘要

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(lái)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(wú)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(hù)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)。

Abstract:

The research and innovation window of 6G network is opened soon after the large scale commercialization of 5G in the world and especially in China. The global research progress of 6G network is briefly introduced and the tentative timeline of 6G requirements, technology and standard research is illustrated. The future traffic trend and typical use cases towards 6G network are investigated preliminarily. The vision and the key performance requirements as well as the potential enablers in the architecture, link, flow, inference and computing dimensions are established towards 6G network..We also anticipate the 6G potential enablers including self-driving network, the intelligent 3D-connectivity, the intelligent large-scale antenna array, the on-demand network topology and computing, as well as the beyond silicon computing and communication. Some innovation instances towards 6G from ZTE Corporation are presented such as the service-based radio access network (SBA-RAN), the smooth virtual cell (SVC), the intelligent reflective metasurface MIMO (IRS-MIMO) and enhanced multi-user shared access (eMUSA). We reveal that whether the 6G is a "evolution" or "revolution" network of 5G is mainly determined by the innovations of beyond-silicon computing which could maintain the sustainable development of Moore's law. Finally we outlook the pre6G innovation technologies that will be widely used in the evolved 5G network.

關(guān)鍵詞：6G；智能無(wú)線電；服務(wù)架構(gòu)無(wú)線接入網(wǎng)；三維連接；軟件定義空口；軟件定義無(wú)線信道；智能反射表面；平滑虛擬小區(qū)；增強(qiáng)多用戶(hù)共享接入

Keywords: 6G; intelligent radio; service-based radio access network (RAN); 3D-connectivity; software-defined air interface; software-defined radio channel; intelligent reflective metasurface; smooth virtual cell; enhanced multi-user shared access (eMUSA)

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(jiàn)證了3G移動(dòng)用戶(hù)超越固定用戶(hù)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(kāi)啟了5G萬(wàn)物互聯(lián)改變社會(huì)的“創(chuàng)新十年”。未來(lái)“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(guò)渡；因此6G也是5G長(zhǎng)期演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。

■  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(shū)。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(kāi)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(kāi)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?tīng)款^組織召開(kāi)了兩屆6G無(wú)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(wú)線智能的驅(qū)動(dòng)與主要研究挑戰(zhàn)》白皮書(shū)。

目前6G無(wú)線峰會(huì)正在起草12個(gè)技術(shù)專(zhuān)題的6G技術(shù)白皮書(shū)，最快在2020年下半年發(fā)布若干技術(shù)白皮書(shū)，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(wú)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(kāi)始發(fā)放為期10年、可銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的試驗(yàn)頻譜許可。其頻譜研究主要問(wèn)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(shū)，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(lái)5G與6G核心技術(shù)包括5G集成與開(kāi)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(wú)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(jué)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(wú)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(kāi)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)和信息化部牽頭在2019年6月成立了6G推進(jìn)組（包含需求、頻譜、網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際合作等5個(gè)工作組），開(kāi)展6G標(biāo)準(zhǔn)的可行性研究，并計(jì)劃在2019—2023年完成6G業(yè)務(wù)、愿景與使能技術(shù)的研究與驗(yàn)證工作。

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(kāi)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(shū)，日本DoCoMo在2020年1月發(fā)布了《B5G與6G無(wú)線技術(shù)需求》白皮書(shū)。國(guó)際電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化部門(mén)（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(shū)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(lái)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)，詳見(jiàn)圖1。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(wú)線電通信部門(mén)（ITU-R）的WP5D工作組計(jì)劃[1-2]在2022年6月完成《IMT未來(lái)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(wú)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�？梢灶A(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(chēng)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(lái)演進(jìn)移動(dòng)寬帶、固定無(wú)線接入、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、大規(guī)模機(jī)器通信、無(wú)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。

+：演進(jìn)或增強(qiáng)功能

IAB：接入與回傳集成

ICS：通信與傳感集成

ITU-R：國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門(mén)

MBMS：多媒體廣播與組播服務(wù)

NB-IoT/eMTC-NTN：蜂窩窄帶物理網(wǎng)服務(wù)非地面網(wǎng)絡(luò)

NR：5G空口

NR-RedCap：5G中檔能力空口

NR-Sidelink：5G直傳服務(wù)空口

NR-U：5G非許可頻段空口

NTN：非地面網(wǎng)絡(luò)

SON：自組織網(wǎng)絡(luò)

WRC：世界無(wú)線電通信大會(huì)

圖1  B5G/6G研究與標(biāo)準(zhǔn)工作路標(biāo)預(yù)測(cè)

■  3、6G業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)與愿景

用戶(hù)定義視頻（如抖音）上行流量的便捷消費(fèi)，機(jī)器視覺(jué)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(lè)隊(duì)“云演奏”）的出現(xiàn)，靈巧可靠的數(shù)字人/機(jī)車(chē)/機(jī)器人終端集群（如自動(dòng)駕駛汽車(chē)）服務(wù)，以及聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)[1]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）[3-5]、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、衛(wèi)星火箭、無(wú)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(lái)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(wàn)務(wù)智聯(lián)改變世界的6G愿景，詳見(jiàn)圖2。

AR：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

VR：虛擬現(xiàn)實(shí)

AI：人工智能

CPS：信息物理系統(tǒng)

ML：機(jī)器學(xué)習(xí)

XR：擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)

圖2  6G業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)與愿景

■  4、6G業(yè)務(wù)需求初步分析

4.1 感知互聯(lián)網(wǎng)

感知互聯(lián)網(wǎng)是指視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、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(guò)許可與信任控制，一個(gè)人可以通過(guò)自己的視覺(jué)和或其他感覺(jué)，真實(shí)地體驗(yàn)另一個(gè)人的感覺(jué)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(lái)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(wú)人自動(dòng)駕駛”是指無(wú)人駕駛汽車(chē)或車(chē)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(chē)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(jué)反饋機(jī)器人手術(shù)”是指通過(guò)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(jué)反饋的方式遠(yuǎn)程完成諸如冠狀動(dòng)脈、腹腔鏡等無(wú)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)。

圖3列舉了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。

AI：人工智能， CPS：信息物理系統(tǒng)

圖3  感知、AI與行業(yè)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)用例與需求

■  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[6-13]，結(jié)合高清、高自由度、人眼極限視頻帶寬與可靠性要求[14-15]，以及自動(dòng)駕駛定位精度要求[16]和非地面網(wǎng)絡(luò)空中基站移動(dòng)速度[17]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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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)，詳見(jiàn)圖4。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。

UP：用戶(hù)面

圖4  6G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)要求及其相對(duì)5G的提升倍數(shù)

■  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)可以從圖5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(lái)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)洹�按需網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、超硅計(jì)算與通信。

AI：人工智能

CPS：信息物理系統(tǒng)

IoT：物聯(lián)網(wǎng)

MIMO：多輸入多輸出

NR：5G空口

NTN：非地面網(wǎng)絡(luò)

圖5  6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系框架

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(wú)線電、智能覆蓋與智能演進(jìn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[18]，以確保服務(wù)、編排、管理、拓?fù)洹⒉渴�、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(wú)線電是指軟件定義的無(wú)線信道，通過(guò)無(wú)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(guò)有線通信質(zhì)量的無(wú)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(wú)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(wú)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(jiàn)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(wú)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(mǎn)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�(jiàn)光通信技術(shù)挑戰(zhàn)包括：可見(jiàn)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(kāi)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(hù)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(wú)損切換、人造無(wú)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)?/STRONG>