6G精益RAN白皮书（英）

6克精益跑白皮书 （2022） 中国移动研究院 前言 本白皮书旨在提出中国移动对6G精益无线接入网的驱动力分析、架构设计 、关键技术和挑战。希望能为业界6G接入网架构和协议栈功能的设计方案提供参考和指导。 本白皮书版权归中国移动所有。未经授权，任何机构和个人不得复制本白皮书的部分或全部内容。 内容 1背景1 26G精益无线接入网的驱动力4 2.1从“构建之前使用”到“部署需求”4 2.2从“高能耗”到“绿色网络”5 2.3从“三个场景”到“更多元化的场景”5 2.4从“平面网络”到“立方体网络”6 2.5从“专家经验”到“高级网络自治”7 3精益无线接入网络架构9 46g精益跑12的关键技术 4.1信号和数据解耦13 4.1.1按需部署14 4.1.2数据单元辅助访问15 4.1.3数据链路建立和交接15 4.2精益网络功能16 4.2.1闭环QoS管理16 4.2.2智能资源控制18 4.2.3灵活的链路适配，保障极致用户体验19 4.3管理和编制21 5未来前景23参考文献26的缩写列表27 1背景 随着网络规模的快速扩张和业务需求的提高，网络架构变得越来越复杂。成本和功耗是需要解决的潜在问题。为了解决这些问题，第六代移动网络（6G）的设计将朝着简单的方式发展，采用轻量级的网络架构。我们希望未来的网络将尽可能简洁，支持即插即用和动态切换，从而节省功耗和成本。在本白皮书中，驾驶 研究分析了6G精益接入网的力度、架构和关键技术。 6G精益无线接入网的驱动力一方面来自于现有网络的潜在问题，另一方面需要解决随着发展带来的新需求、新场景。无线网络的成本和能耗是无线网络建设的瓶颈问题。这些问题在第5代移动网络（5G）中已经开始出现，对于6G来说，这些问题将越来越突出。在6G中，应考虑灵活和动态的网络，并探索即插即用的使能技术。信令和数据解耦作为一种潜在的技术被研究。通过低频信令小区进行广域信令覆盖，保证控制面的可靠性，如可靠的移动性管理、快速的业务接入;另一方面，采用动态数据小区加载，提高网络的数据传输能力，减少小区间的干扰。在新的网络应用场景方面，随着网络连接的泛在，地空一体化以及差异化新应用场景的引入，使用现有的协议架构必然导致复杂性增加。精益无线接入网通过采用统一的无线协议架构、功能设计和流程，实现多种空口技术的统一接入 框架，从而简化网络[1]。社会发展的数字化、智能化衍生出了一系列新的业务需求，如全息通信、通感互联、智慧医疗、智能工厂等。业务需求的定义也从时延、带宽、连接数三个维度扩展到多个维度[2]。传统的基于数据传输和处理的面向连接的通信方法和设计思想可能无法涵盖6G的所有要求。借助数据技术、运营技术、信息通信技术（DOICT）等新手段，网络可以通过功能的增强，实现协议设计的简化、数据传输的高效、信令控制、按需的网络功能部署和精准的网络服务，从而达到“能力强、结构简单”的效果。 即插即用建网模式，使小区数量 根据服务的发展动态增加。在热点区域，可以打开更多的数据单元，为用户提供更好的服务。在业务要求较低的地区，可以关闭部分数据小区以节省网络能耗，可以直接降低建网成本、网络能耗和冗余，从而实现成本和节能。 图1显示了精益网络的示意图。通过云端接入点的精准控制结合链路管理，实现接入点的自发现、自加等功能，实现网络覆盖范围的灵活扩展和节点的即插即用[3]。 图1所示。精益的原理图网络 26克的驱动力精益无线接入网络 2.1从“构建之前使用”到“部署需求” 高质量的通信网络是新应用发展和繁荣的重要基础保证。根据以往经验，先进建设为应用创新提供了重要平台支撑。网络建设采用先广覆盖后深度覆盖的原则，不断提升用户体验。截至2021年8月，中国已建成5G基站超过100万个，占全球5G基站总量的70%以上。5G网络已覆盖全国所有地级市，以及95%以上的县级城区和35%的镇区。5G用户数量已超过5.39亿。随着网络规模的快速扩张和业务需求的提高，继续目前的网络架构方式将导致越来越高的网络成本。随着频段越来越高，在相同的网络性能和网络质量要求下，基站的建设将更加密集。考虑到可用频段越来越高，如果6G网络继续遵循目前的架构，需要密集部署大量的基站来满足覆盖范围和吞吐量的要求，这直接导致6G网络成本的进一步增加。如何在不恶化用户体验的情况下，通过架构设计等技术手段节省网络成本，是6G网络建设初期需要考虑的问题。精益网络架构和按需灵活网络部署被认为是6G网络部署的潜在途径 。通过低频段实现广域覆盖，按需灵活动态添加热点覆盖。采用即插即用方式，保证网络按需灵活扩展，从而根据需求实现网络性能。 2.2从“高能源消耗”到“绿色网络” 随着技术的发展，5G的单比特能耗是4G的五分之一。由于5G基站的大比特率和高吞吐量，单站的功耗是4G的四倍。如今，5G的能耗在业界受到了广泛的关注。据统计，到2023年，5G基站的用电量预计将占全社会用电量的1.3%。到2026年，5G基站的用电量将上升到全社会用电量的2.1%。根据现有的网络发展趋势，6G网络的复杂性将呈指数级增长。现有网络形式单一，基站功能齐全，网络资源不平衡，可能进一步增加能耗。为了实现绿色网络，降低能耗是6G时代必须考虑和解决的重要问题。通过信令功能和数据功能的解耦 ，在低频部署信令小区，实现广域覆盖，并可按需定制动态启用的数据小区功能，降低网络能耗。这样，提高了网络利用率，实现了节能降耗。 2.3从“三个场景”到“更多元化的场景” 网络发展的动力是人类福祉的不断提升。社会发展的数字化、智能化催生了一系列新的服务需求。到2030年，将出现更多的应用来支持整个世界的数字化，例如全息通信，通信和感知互联，智能医疗和智能工厂。典型应用场景也将从“三大场景”向更加碎片化的应用场景转变。如图2所示，6G业务需求的定义也将引入新的指标，如 作为AI能力和感知计算能力。服务指标将从单点性能要求扩展到更多样化的极端性能要求 。6G网络应该有足够的灵活性和扩展性，以支持随着社会的快速发展而出现的各种不可预见的新需求。 图2.6G场景关键性能指标[4] 2.4从“平面网络”到“立方体网络” 从人类无处不在的连接需求可以看出，未来的移动通信技术也在朝着海、空、地全覆盖的方向发展，使能网络中更广泛的协同控制连接。从社会发展趋势来看，网络从4G到5G越来越极端，覆盖范围越来越广。但是，一些特定地区的覆盖率仍然很低。例如，为了更好地满足环境监测、野外救援和海洋勘探的需求，通信网络必须具备 连接陆地之外，跨越海洋，分布在人口稀少的无人或半无人区。由此可见，空天地一体化无线网络也是精益无线接入网的一部分。空天地一体化网络通过多种技术手段将地面网络和非地面网络整合在一起，为用户提供更好的服务质量。由近地卫星和各种飞行器组成的非地面网络可以为偏远地区（如海洋、山脉等）提供三维网络覆盖，有利于帮助地面网络实现全域泛在覆盖。地面移动网络提供基本的大数据存储和处理能力，可以提供更高的传输效率。两者相辅相成，可以实现从”flat网络”到“立方体网络”。 2.5从“专家经验”到“高级网络自治” 截至2021年6月底，中国移动已运营基站528万个，总量位居全球第一。基站规模大、多模式共存、网络参数量大、场景多样，都对网络运维提出了很高的要求。面对6G中更多维度场景、更多业务类型、更多参数配置，网络运维方式将朝着网络自治水平高的方向发展。虚拟化和基于服务的基础设施为资源层灵活分配资源、按需生成网络层功能、灵活的网络编排提供了基础，这也加剧了网络管理的难度。编排和管理是确保用户多样化业务体验的关键部分。高效的编排管理可以将资源层的资源（包括无线资源、计算资源、存储资源、部署空间资源等）与网络功能相匹配，实现使用效率最大化。随着网络功能变得更加灵活，原有的人工运维方式对 运维人员。随着网络功能的灵活性，接入网域的管理和无线参数的配置将变得越来越复杂 。通过专家经验进行网域管理将成为网络运营、维护和管理的瓶颈。6G精益无线接入网还需要探索基于人工智能和数字孪生的高水平网络自主运维方法，实现自我优化、自我演进 、自我成长，解决潜在的网络效率、成本和用户体验问题。 3精益无线接入网络架构 为了实现未来网络的成本和能耗降低，提高对新场景和新需求的适应能力，6G无线接入网需要在架构设计上取得突破，探索新的柔性架构，以适应未来不断变化的需求。 控制平面和用户平面解耦 控制平面的要求与用户平面的要求不同。控制平面的要求包括满足尽可能多的用户，提高用户密度和用户移动性能，降低切换频率和提高可靠性。用户面的要求包括更高的峰值速率、用户体验速率和流量密度。传统的基站具有固定功能，使用超密集网络来提高用户侧的性能通常会带来交换、负载平衡和干扰问题。6G精益无线接入网通过低频信令小区实现广域覆盖，通过中高频数据小区实现按需数据传输。结合对业务需求的感知，可以按需打开或关闭数据小区，实现网络功耗的降低。 基于服务的架构 在基于服务的架构中，基站的功能可以灵活匹配。考虑到网络的灵活扩展，可以通过重构业务功能和多种业务的组合来提供完整的网络功能，灵活支持不同的业务场景和需求 。新兴业务具有明显的个性化需求，网络需要能够灵活适应业务需求。网络功能设计需要探索一种成本低、实时性好、适应性强的网络功能服务定义。通过基于服务的架构，网络功能可以按需定制，资源可以 按需配置，功能可动态生成，为精益无线接入网提供架构支撑。 支持多种空中接口技术的统一架构 考虑地、海、空等差异化应用场景，按照统一架构设计开展6G无线接入网。通过无线接入网支持不同接入系统的集成，实现地面、水下、卫星等多网的统一接入。通过对空口的统一控制，终端可以不分青红皂白地接入网络，从而降低接入网络的复杂性。 即插即用 随着新兴业务的蓬勃发展，对网络的需求不断增加。在一些业务突发的地区，即插即用提供按需网络覆盖，从而从网络架构的角度降低网络成本。 为了支持上述功能，无线网络功能可以根据空中接口技术的依赖性进行划分： 表1.网络功能与空中接口技术的依赖 依赖 网络功能 密切相关的 体育，在MAC调度和资源分配 相关的 RRC 相对独立的 pdu处理,即加密和解密,完整性保护和重新排序,等等 根据不同网络功能的特点，网络功能可分为无线资源控制、高层分组处理、空口适配和物理层处理四部分。精益无线接入网架构采用云边端协同的形式。按需动态分配无线电 、计算和存储资源，并通过编排和管理生成网络功能。高层 分组处理和无线资源控制可以部署在云端，充分利用DOICT和智能化的优势来分析网络状态和服务模型，实现业务分组类型感知的能力，实现网络控制的自我优化。网络根据数据包类型分析结果和服务要求选择合适的数据传输链路。通过空口适配，网络根据高层分组处理的要求选择合适的物理层处理，实现网络和业务适配以及多空口接入的融合统一。空中接口适配还包括边缘设备的网络管理。通过云端边缘设备的自配置，边缘设备可以插拔播放。网络编排管理通过检测网络资源使用情况、网络状态、用户和服务，结合人工智能等技术，预测网络状态和可能的性能下降，提前更新网络编排管理策略。精益无线接入网络的可能架构如图3所示。基于业务架构，按需生成和部署网络功能，控制面和用户面分开设计，边缘设备自管理，实现各种空口接入和即插即用的集成统一。 图3。精益网络体系结构 46克精益运行的关键技术 6G精益无线接入网从降低成本和功耗，提高新业务、新场景适应性的角度出发，提出了灵活可扩展的接入网架构。同时，精益无线接入网还需要一系列关键技术配合该架构，实现网络建设形式的突破，灵活按需满足极端业务需求，实现空地、海空立体全覆盖，降低网络成本和能耗，实现高水平的网络自治。信令与数据解耦、精益网络功能设计、网络管理和编排是最重要的三个方面。在传统的网络部署下，信令和数据通过同一个基站传递 ，基站的功能统一无差别。对于信令和数据解耦，基站按其功能分为独立的信令基站和数据基站。信令基站实现广域覆盖，数据基站实现按需深