从《6G总体愿景与潜在关键技术》寻找自动驾驶机遇

随着5G商用大规模部署,全球业界已开启对下一代移动通信(6G)的探索研究。白皮书为6G推进组的一个阶段性成果。

  白皮书认为,6G在5G基础上,将从服务于人、人与物,进一步拓展到支撑智能体的高效互联,将实现由万物互联到万物智联的跃迁,成为联接真实物理世界与虚拟数字世界的纽带,最终将助力人类社会实现“万物智联、数字孪生”美好愿景。

  白皮书指出,未来6G业务将呈现出沉浸化、智慧化、全域化等新发展趋势,形成沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等八大业务应用。

  白皮书提出了当前业界广泛关注的6G十大潜在关键技术方向,包括内生智能的新空口和新型网络架构,增强型无线空口技术、新物理维度无线传输技术、新型频谱使用技术、通信感知一体化技术等新型无线技术,分布式网络架构、算力感知网络、确定性网络、星地一体融合组网、网络内生安全等新型网络技术。

  将来6G与5G是什么关系?报告指出,6G将在5G基础上由万物互联向万物智联跃迁,5G的成功商用,尤其是在垂直行业领域的广泛应用,将为6G发展奠定良好基础。

  报告称,低频段频谱仍将是6G发展的战略性资源,毫米波将在6G时代发挥更重要作用,而太赫兹等更高频段将重点满足特定场景的短距离大容量需求。

  关于卫星等非地面通信与蜂窝网络的关系问题,报告认为,未来的6G网络仍将以地面蜂窝网络为基础,卫星、无人机、空中平台等多种非地面通信在实现空天地一体化无缝覆盖方面发挥重要作用。

与 5G 无线通信网络相比,6G 无线通信网络期望引入新的性能指标与应用 场景,例如提供全球覆盖、更高的频谱/能量/成本效率、更高的智能化水平与安 全性等。为了满足这些需求,6G 无线通信网络将依赖于新的使能技术,并将出 现新的四大范式转换。新颖的空口与传输技术、网络架构至关重要,包括波形设 计、多址接入、信道编码、多天线技术、软件定义网络、网络功能虚拟化以及云 /雾/边缘计算等。四大范式转换可以概括为“全覆盖、全频谱、全应用、强安全”。为了满足全球覆盖的需求,6G 无线通信网络将不仅仅局限于陆地无线通信网络, 需要通过卫星、无人机(UAV)等非陆地网络作为有效补充,构建空天地海一体 化网络。全频谱资源将被充分挖掘来进一步提升数据传输速率和连接数密度,包 括 sub-6 GHz、毫米波、太赫兹、光频段。由于超异构网络、多种通信场景、大 量天线单元、大带宽、新的服务需求的出现将产生海量数据,6G 将借助人工智 能与大数据技术实现一系列智能化应用。网络安全在建设 6G 网络之初就要被考 虑在内并加强,称为强安全或内生安全。
5G 将不能满足 2030 年之后的未来网络需求。研究人员开始着眼于第 六代(6G)无线通信网络的研发。5G 的一个显著特点是低时延,更准确地说是 保障/确定性时延,这需要通过确定性网络(DetNet)来保障未来用例需求的准时、 准确的端到端时延。6G 对时间和相位同步的精确度提出了更多更高的需求,这 是 5G 所不能满足的。除此之外,6G 还将提供接近 100%的全球覆盖、亚厘米级 的定位精度和毫秒级的定位更新速率以满足未来应用需求。由于 5G 网络仅局限 于一些典型场景,某些偏远地区还不能很好地覆盖,限制了无人驾驶等应用。非 陆地网络,特别是卫星通信网络,由于其成本低、无缝接入、泛在服务能力的优 势,可以作为陆地网络的有效补充。无人机通信网络由于其快速响应的特点,在 严酷艰难的环境中尤为重要。海洋通信网络可以为船只提供高质量的通信服务。5G 毫米波可以提供 Gbps 级的数据传输速率,但对于高质量三维(3D)视频、 虚拟现实(VR)、虚拟现实与增强现实(AR)混合等应用,需要 Tbps 级的数据 传输速率,太赫兹(THz)和光频段将是可用的候选频段。由于面临大量天线单 元、大带宽、新的服务需求产生的海量数据,6G 网络需要借助人工智能(AI) 与机器学习(ML)算法,实现一系列智能应用。网络自动化将在多个方面进一 步提升网络的性能,例如服务质量(QoS)、用户体验质量(QoE)、安全性、故 障管理、能效等方面。
与 5G 网络相比,6G 无线通信网络有望提供更高的频谱/能量/成本效率、更 高的传输速率(Tbps 级)、10 倍以上的更低时延、100 倍以上的连接数密度、全 自动的更高智能化水平、亚厘米级的定位精度、接近 100%的覆盖率,以及亚毫 秒级的时间同步。新的空口与传输技术对于获得高频效和高能效十分必要,这包 括新的波形设计、多址接入方式、信道编码方案、多天线技术,以及这些技术的 有机结合。同时,需要设计新的网络架构,例如软件定义网络(SDN)/网络功能 虚拟化(NFV)、动态网络切片、基于服务的网络架构(SBA)、认知服务架构(CSA) 以及无蜂窝架构等。
以云计算、雾计算、边缘计算为代表的计算技术对于保障网络韧性、分布式 计算与处理能力、低时延与时间同步十分重要。为了解决 5G 包括短包缺陷在内 的限制,提供高可靠性、低时延、高传输速率服务、系统覆盖率、万物互联(IoE),满足 2030 年及之后的移动通信需求,6G 网络必须将以人为中心作为发展 愿景,而非以机器、应用或数据为中心。为了满足这些需求,6G 无线通信网络 将会产生新的范式转换。我们对于 6G 网络的发展愿景,首先,6G 无 线通信网络将会是空天地海一体化网络,用于提供深度全球覆盖。卫星通信、无 人机通信、海洋通信将极大扩展无线通信网络的覆盖范围。为了提供更高的数据 传输速率,包括 sub-6 GHz 频段、毫米波、太赫兹、光频段在内的全频谱资源将 会被充分挖掘。为了实现全应用愿景,AI 与机器学习技术将与 6G 无线通信网络 高效融合以实现更好地网络管理与自动化。此外 AI 技术可以实现网络、缓存、 计算资源的动态调配以提高下一代网络的性能。还有一个重要趋势是强安全或内 生安全,包括物理层与网络层安全,这在构建网络之初就要考虑。垂直行业应用, 诸如云虚拟现实、物联网工业自动化、蜂窝车联网(C-V2X)、数字孪生体域网, 以及高能效无线网络控制与联邦学习系统将极大促进 6G 无线通信网络的发展。6G 无线通信网络概述如图 2 所示,图中给出了 6G 的各种性能指标、应用场景、 使能技术、新的范式转换,以及垂直行业应用。

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