欧洲6G时间表目标和关键技术（上篇）

Posted 2022-02-23 5G行业应用

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《European Vision for the 6G Network Ecosystem》原文

在未来十年中，6G将带来一个新的时代。6G将处理更具挑战性的应用，例如全息临场感和沉浸式通信，并满足更严格的要求。6G很可能是一个独立的人工智能生态系统，它将逐步从以人为中心演变为以人和机器为中心。6G将带来近乎即时且不受限制的完整无线连接。简而言之，6G将是未来人类社会的基础之一。

5GIA（5G基础设施协会）在2021年6月发布《European Vision for the 6G Network Ecosystem》报告，内容包括欧洲6G时间表、6G目标和6G将改善5G的关键绩效指标、6G架构、6G关键技术等。本文翻译相关部分内容，供国内同行参考。其中上篇介绍欧洲6G时间表、6G目标和6G将改善5G的关键绩效指标、6G架构；下篇介绍欧洲6G关键技术。欢迎关注【5G行业应用】公号，后续继续推出6G系列文章。

全文5600，预计阅读15分钟

文 | 吴冬升

（一）

6G时间表

数字技术越来越被视为确保国家主权的关键和基本手段之一。安全可靠的欧洲6G基础设施一方面有助于确保欧洲在关键技术和系统方面的主权，另一方面也有助于确保欧洲的主要价值观，如隐私、信任、透明度、问责制、安全和社会利益得到考虑。与此同时，欧盟必须继续与世界其他地区互动，从社会和环境的角度促进其价值观的采纳，并确保一个公平竞争的环境，让所有人都能希望有一个更美好的未来。

6G的标准化工作预计要到2025年才能开始。然而，ITU-T 2030年网络技术重点小组（FG Net-2030）已经在2020年发布了一系列有远见的文件，欧盟的几个协会目前正在设计6G。例如，NetworldEurope发布了针对6G的新战略和创新研究议程（SRIA），正如他们在5G早期所做的那样。该文件被视为将在欧盟委员会（EC）和欧盟私营部门之间的智能网络和服务（SNS）合作范围内实施的技术基础。最后，一系列由欧盟资助的研究项目最近开始应对通往6G之路的挑战，Hexa-X是旗舰项目，一些主要的私人信息和通信技术（ICT）公司也开始发布关于专注于6G的内部项目公告。

欧盟以外的其他地区已经开始定义自己的6G愿景。例如，在美国，Next G Alliance始于2020年，旨在通过私营部门主导的努力提升北美移动技术的领先地位。在中国，IMT-2030（6G）推广小组成立于2019年，旨在推广6G研究，搭建国际观点交流平台。在日本，政府最近宣布了一项70亿日元的计划，开发6G相关技术。韩国计划在2026年启动6G移动服务试点项目。

不同地区的研究和创新活动框架正在开发Beyond-5G解决方案。例如地平线2020计划的ICT-52-2020授予的一系列项目，其中Hexa-X是旗舰项目。预计这些早期经验，以及最近触发的其他行业倡议，如NGMN，将为促进先进6G解决方案开发的标准化机构提供有价值的投入。值得注意的是，ITU-R刚刚成立了一个关于IMT到2030年及其后（6G）的愿景小组，目标是在2023年底前完成其任务。

从3GPP标准开发的角度来看，现有5G解决方案中仍有需要完善的功能和能力，预计将在即将发布的3GPP Rel18中完成。到2025年，下一个版本预计将关注5G的发展，与6G的分析并行，最终关注正确的6G规范。如图1是6G开发的总体路线图。

至于5G NR NTN（非地面网络）路线图，预计首批产品和技术的可用性将与3GPP Rel17的最终确定密切相关。因此，可以合理地假设，首批5G NR NTN系统可能在2023年底左右投入使用。然后，从传统和现有的专有无线电协议（例如基于DVB）向3GPP协议的迁移将需要大约5-10年的时间。另一方面，更具革命性的NTN技术流，即瞄准新的或部分探索的频段（例如>50 GHz及以上太赫兹），将在更长期内得到利用，即2025年后。

图1 6G开发的总体路线图

（二）

6G目标

6G主要目标包括：

（1）6G中物理世界、人类世界和数字世界的融合需要支持数字孪生、沉浸式沟通、认知和互联智能

有了6G，我们应该期望接近一个完全连接的世界，在这个世界中，物理世界在数字领域中被高度详细地表示出来，在那里它可以被分析和处理。人类将被放置在中间被完全互联。如图2所示。

域之间系统的孪生。传感器和执行器可以紧密同步，实现城市、工厂甚至我们身体的数字孪生。这将实现丰富的数据挖掘和高效的控制，但必须确保数据的完整性和安全性。

沉浸式沟通。人们可以通过数字域扩展自己的感官。高分辨率的视觉/空间、触摸触觉/力触觉和其他感官数据应以高吞吐量和低延迟进行交换，以创造身临其境的体验。为了实现这一点，需要将具有确定性端到端延迟的高吞吐量链路与新设备耦合。

认知。仅在数字域将人类表示为物理对象是不够的。了解他们的意图、欲望和情绪也很重要。认知将所有这些传感器输入与偏好、早期选择以及例如一个人的情绪等知识结合在一起。

互联智能。6G网络将作为关键基础设施，提供低端到端延迟的高容量链路，并在整个网络中提供安全的计算功能。受信任的人工智能功能可以在网络中和网络上运行。人和物理设备的虚拟表示可以在数字域中相互交换信息。每一代移动通信系统都会带来全新的应用能力。在这方面，新的应用前景，如传感互联网，将通信与传感能力相结合，为连接系统提供了新的应用前景。由于可能产生大量数据的用例的多样性，6G系统还必须在现有系统无法实现的范围内，在本地整合分析和智能功能，以实现对可能来自大量传感器的高数据量的实时决策。互联智能预计将成为6G系统的一个显著特征，无论是为6G平台的性能和效率服务，还是为其上运行的垂直用例服务。同时，6G系统必须在多种关键业务应用程序中处理大量数据，这就要求超高级别的安全性，同时尊重信任和数据隐私。

图2 数字、物理和人类的融合

（2）可编程性是6G的核心

5G网络通过引入网络切片技术，为支持大量终端设备和多个逻辑网络铺平了道路。欧洲6G网络设计方案考虑：a）通信网络与IOT设备的高效互通；b）分布式和高级边缘计算解决方案的支持；c）网络协议的设计更适合网络运行的云支持（例如，使用基于服务/云原生架构）以及收集和管理数据。此外，还应通过公开无线设备的API来探索某种程度的用户设备可编程性，从而实现空口的定制，而无需为每个用例标准化太多细节和/或加快新功能的上市时间。数据处理是一个相当复杂的过程，AI和ML预计将发挥关键作用。

（3）6G需要支持确定性端到端服务

许多未来（分布式）远程控制和XR（触觉互联网）应用程序需要在严格且确定的端到端延迟约束下运行。通过使用模型预测控制（MPC），作用于一个或多个交互式移动机器人设备的控制系统可以将其带宽和延迟要求降低几个数量级。随机MPC也被证明是克服严格要求的有效措施。

（4）6G需要提供集成传感和通信，从而实现高精度定位和高分辨率传感服务

6G将扩展到更高的频率，并将采用大规模的天线阵列技术，这一趋势始于5G系统。这些技术不仅将被用于提供无处不在的通信，还将被用于其他目的，尤其是感知环境（如太赫兹成像）和实现厘米精度定位。定位和感知将与通信共存，并在时间、频率和空间上共享资源。在6G中，同步定位和测绘（SLAM）方法将实现先进的跨现实（XR）应用，并实现自动驾驶车辆和无人机的导航。

（5）6G将在可持续发展方面发挥雄心勃勃的作用，以减少其在能源、资源和排放方面的足迹，并改善社会和工业其他部分的可持续性

区分可持续ICT和ICT促进可持续性，如图3所示。可持续ICT技术旨在减少信息和通信技术在能源、资源和排放方面的足迹，本质上确保信息和通信技术作为可持续社会的一部分发挥其作用。6G面临的一个关键挑战是打破能源曲线，即随着流量的增加抑制能源消耗的增加。每个数据比特的能耗以及总能耗的KPI将是互补的。

ICT促进可持续性定义了ICT可以通过6G提供连接性和智能，从而改变行业、社会等。其目的是最大限度地减少能源和资源消耗，减少排放，提高社会效益。

图3 可持续性和ICT

（6）6G需要成为真正值得信赖的基础设施，成为未来社会的基础

6G将成为未来社会的基础，提供a）隐私支持：提供网络功能，以保持终端位置的私密性（例如，用于自动驾驶）；b）设计上的可信度：随着蜂窝网络正在成为社会的主要基础设施，我们必须确保所有网络功能以及操作系统和硬件平台都能得到持续的正式验证，从而构建真正可信的6G网络；c）社会公平：为了确保所有人都能加入6G世界，必须为偏远地区提供覆盖。6G基础设施的总能耗必须回到4G水平。

（7）为了确保6G能够包容全世界所有人，它需要可扩展且价格合理

为了确保6G能够覆盖全世界的所有人，它需要价格合理、可扩展、覆盖所有地方。实现价格合理且可扩展6G系统的一种方法是确保该系统是全球性的，即全球使用相同的系统。除了全球标准之外，6G的体系结构设计也很重要。随着更高频率的使用，将需要越来越多的基站来覆盖所有地方。只有在降低这些基站的成本以进行补偿的情况下，才有可能大幅增加微微蜂窝的数量。最后，移动设备也必须价格合理。在只需要基本功能（如传感器）的情况下，应提供低成本设备。

（8）6G需要显著延长5G现在可以实现的KPI

在过去十年中，我们看到移动数据流量每年增长50%到100%。没有理由认为未来十年移动数据的增长会放缓。可以预期，随着新应用和服务需求的不断增加，连接设备（传感器、连接的汽车、家用设备、人体摄像头等）的数量将持续增加。这意味着6G必须满足比5G大100倍到1000倍的移动数据流量。

尤其值得关注的是，移动数据流量的这种增长不能导致能源消耗的类似增长。为了使6G的能耗与5G相当，每个终端、基站、网络节点的总能耗必须降低，每个传输和处理的数据能效需要随着移动数据流量的增长而提高。

未来十年最大的承诺之一是沉浸式通信、全息临场感和AR/VR将成为我们默认的通信方式。人们普遍认为，这种沉浸式体验的理想质量要求每只眼睛有8K的视频分辨率。为了支持此类应用，预计6G必须提供高达10 Gbits/s的最终用户体验数据速率。

移动设备数量的增加并不一定意味着移动设备密度的增加。然而，6G可能会使用更小的单元，其中设备密度可能更高。6G应支持每平方米最多10台设备的峰值密度。此外，当每个设备的移动数据流量增加时，所需的容量也会增加。对于带有增强现实眼镜的体育场观众或办公室地板上的工作站等场景，将需要150Tpbs/km²的容量，这是5G容量需求的10倍。

图4概述了6G的主要目标，以及6G将改善5G的关键绩效指标。

图4 6G主要目标

（三）

6G架构

6G架构应该足够灵活和高效，以便能够轻松集成所有功能，即网络、联合通信和传感、非地面网络和地面通信，包括新型人工智能支持的使能器以及本地和分布式计算能力。在网络中的任何地方使用人工智能都是有益的，即“人工智能无处不在”原则，将用于提高网络性能。

在6G阶段，预计端到端基于服务的体系结构（SBA）可以通过所有平面和端到端扩展到整个网络，包括CN、RAN和终端，允许更大的部署和操作灵活性，以便于子系统集成和可扩展性。

迄今为止，移动系统的演进可分为两个不同的方面：基础设施的演进；实际移动系统架构的演进。如图5所示。

图5 6G作为智能服务执行平台

（1）基础设施演进

预计基础设施将朝两个方向发展：

a）基础设施中的资源类型多样化。从经典物理节点和专用硬件加速器到虚拟实例。

b）虚拟化范围及其功能的扩展。基础设施虚拟化和可编程性预计将扩展到所有可用资源，从CN传播到RAN，包括基站、节点和终端。此外，未来的虚拟化应该具有融合功能，即它应该能够最终突破单节点虚拟化的界限，实现无缝多节点或子系统虚拟化。

这两个方向将有可能将目前固定的信息和通信技术基础设施转变为不同类型资源的动态组合。未来的资源将更加异构（包括计算和网络），应理解为潜在瞬态（虚拟/物理、稳定/不稳定、有电/电池驱动/无电、静止/移动等），并分散在物理域边界（远程/本地）和相关部署维度。在纵向上，实现异构系统之间的无缝资源共享和协调，例如陆地和NTN、传输和计算域、数据中心和RAN、用户终端和运营商网络等，同时保证它们的独立开发和演进。

总的来说，未来移动通信系统使用的基础设施本身将是灵活的按需供应。

（2）移动系统架构演进

未来的移动系统架构本身将受到新的服务需求和预期的新功能影响，以及来自底层可编程弹性系统的推动。我们预计在用户层面上会出现新类型的功能（尤其是用户计算功能、服务提供商和最终用户的人工智能相关API、定位、传感和定向API）。未来的移动系统，包括所有平面，将作为一组微服务运行。

实际的移动系统将越来越像是在可编程基础设施中执行的计算机程序。通过使用高级编程语言、编译器和解释器，我们希望基于意图的服务需求和约束表达式能够转化为基于微服务和数据驱动的分配。

（3）5G和6G网络架构差异

在6G中，我们期望直接整合从网络到计算和传感的不同资源。因此，我们将范围从RAN和CN扩展到终端和数据中心，并坚持对6G系统进行全面、端到端的资源感知。通过这种方式，功能和服务可以在需要时作为微服务提供，同时确保完全可靠的服务。表1总结了5G和6G网络架构之间的主要差异。

表1 5G和6G网络架构差异

类型	5G	6G
服务类型	点对点QoS传输	点对多点传输，包括具有托管质量属性和网络应用感知的可配置逻辑网络覆盖拓扑，以及计算服务、同步服务和人工智能服务
资源类型	通信	通信+计算+感知
架构范围	RAN+CN	终端+RAN+CN
原生云	只有5GC CP	E2E和交叉平面（用户平面/控制平面/管理平面）
微服务	无	是的，E2E，所有平面
资源感知	只有空中接口	是的，所有资源，包括计算、传输和无线
可信度	可信节点	可靠的自适应服务/网络的网络
AI/ML集成	Over-the-top	原生融合
准入控制	访问控制	执行控制
设备/节点分解	CU/DU，IAB	完全灵活

END

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吴冬升，东南大学博士。现任高新兴科技集团股份有限公司高级副总裁、粤港澳大湾区自动驾驶产业联盟副理事长、广州车路协同产业创新联盟理事、广州市智能网联汽车示范区运营中心理事等。致力于5G、智能网联、自动驾驶、大数据、人工智能等技术的研究与应用创新。省市级期刊发布论文数十篇，主编《5G与车联网技术》等书籍，参与编写《广州市智能网联汽车与智慧交通产业发展报告（2020）》等。

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