vivo6G白皮书：6G服务能力与使能技术

vivo vivo6G白皮书 6G服务、能力与使能技术 6G vivo通信研究院2022年7月 6G服务、能力与使能技术 目录 1引言 26G服务 2.1从5G服务到6G服务 2.26G服务用例 6G能力 3.16G性能指标...8 3.26G效率指标.12 3.36G应用场景.14 6G使能技术15 4.1系统功能框架，16 4.2移动算网融合 4.3通信感知一体化19 4.4智能内生系统24 4.5数据功能与数据面29 4.6极低功耗通信31 4.7MIMO演进技术，36 4.8可重构智能表面38 4.9延迟多普勒域波形41 4.10其他技术.45 结束语46 参考文献. 缩略语52 版权信息： 本白皮书版权专属维沃移动通信有限公司（以下简称vivo"）所有，并受法律保护。如需基于非商业目的引用、转载、 传播或以其他方式合理使用本白皮书的全部或部分内容，应完整注明来源，违反前述声明者，vivo将追究其法律和商业 道德之责任。 1引言 6G服务、能力与使能技术 2020年10月，vivo通信研究院发布了《数字生活2030+》和《6G愿景、需 愿景。《数字生活2030+》通过大量的具体用例，描绘了面向2030年及以后6G 时代数字化生活的美好场景。《6G愿景、需求与挑战》初步分析了为实现这些场 景，6G系统的技术愿景、需求，以及面临的挑战。 近两年来，行业逐步对6G提供的服务和需要达成的关键能力指标形成共识， 相关的关键使能技术研发也正在不断深入。vivo通信研究院携手合作伙伴，对6G 商业模式和驱动力进行分析研判，对6G应用场景进行研究分析，并深入开展了6G系统架构与使能技术的研究、评估与技术实验。本白皮书进一步提出6G服务、能力与使能技术的最新成果和初步观点，为行业6G发展添砖加瓦。 26G服务 2.1从5G服务到6G服务 从1G到4G，移动通信系统都围绕着信息的传输，以通信容量更大、速率更快、时延更小为最主要目标，约十年一代的节奏不断演进。 5G✯持eMBB（EnhancedMobileBroadband，增强移动宽带），URLLC（Ultra- ReliableLow-LatencyCommunications，超高可靠和超低时延通信）和mMTC （MassiveMachineTypeCommunication，大规模机器类通信）三大应用场景，将 移动通信从面向以人为主的信息消费市场，拓展到物联网和行业应用。5G网络 通过IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒体子系统）提供基础电信业务，如 短信、语音与视频通话等，并进一步增强✯持5G新通话和5G消息：通过控制 面和用户面功能提供不同Qos（QualityofService，服务质量）的按需移动数据 连接：通过NEF（NetworkExposureFunction，网络开放功能）或者通用API （ApplicationProgramInterface，应用程序界面）框架的方式为第三方应用提供无 线定位和网络信息等服务：通过MEC（Multi-AccessEdgeComputing，多接入边 缘计算）提供边缘计算服务。总之，5G✯持面向个人及行业的高性能通信服务 和UE定位、网络信息开放等信息服务，并通过部署MEC✯持计算服务。 6G服务、能力与使能技术 面向2030+，人们将追求更加美好的数字化生活，产业数字化升级将极大的 提升生产效率，数字化社会治理将给我们带来更加和谐美丽的社会环境。那么 6G系统将提供哪些服务呢？ 纵观《数字生活2030+》白皮书中29个生活场景案例的技术需求，可以总结 为三方面：无所不在的按需连接、泛在精深的数字化、以及普遍存在的智能化。 《6G愿景、需求与挑战》白皮书提出了构建“自由连接的物理数字融合世界” 的6G愿景：“面向2030年及以后，6G将构建泛在数字世界，并自由连接物理 世界和数字世界，实现二者相互作用和高度融合，从而提供丰富的业务应用，促 进社会高效可持续发展，提升人类幸福度”。 为实现自由连接的物理数字融合世界，需要泛在感知及信息扑提能力实现对物理世界的精准实时数字化采集，并通过泛在连接加融合计算（包括算力、存储、智能）能力构建数字世界，同时通过强大的通信能力实现物理与数字世界的自由连接以✯持千行百业的数字化应用。所以，通信、信息和计算是构建自由连接的物理与数字世界的三项最重要的基础能力。6G将原生地✯持通信、信息和计算服务，成为✯撑未来社会高效可持续发展的网络信息底座。 如图1所示，超强通信、基础信息、融合计算将成为6G的三大服务。包括6G在内的通信、信息、计算系统和技术，以及新型材料、新型终端、智能人机交互、集成电路等诸多技术，将共同构建自由连接的物理数字融合世界，✯撑2030+的数字生活、数字治理和数字生产。 6G服务、能力与使能技术 *2030 应用 数字世界潮理 自由连接的物理与数 愿景字融合世界 新型电话新型材料其地 6G网络信意庭座 图1：6G构建自由连接的物理数字融合世界 超强通信服务 蜂窝移动通信从诞生开始自在无线移动场景下提供无缝的通信及连接服务， 6G将延续这一历史使命，提供超强通信服务。一方面，6G的基础电信业务将在 ✯持5G富媒体语音、视频、短消息业务基础上，进一步✯持沉浸式XR（Extended Reality，扩展现实）、全息远程呈现、多感官互联等新业务[3~6]。另一方面，6G 移动数据连接服务将在容量、数据速率、时延、可靠性等诸多方面持续提升，拓宽客户范围并提高服务价值，并具备更多的端到端的灵活性和适应性以满足个人和行业更多应用场景的需求。同时，6G将进一步扩大地理空间的覆盖范围，降低终端的接入门槛，提高连接的可获得性，扩大客户数目，实现物理世界与数字世界的自由连接与信息传输。 基础信息服务 6G系统的终端或者基站设备在发射无线电波进行通信的同时，还可以对接收信号进行测量，从而对电波传播环境及其中的目标物体进行无线感知，得到位置、速度、方向、材质、成像等信息，从而✯持丰富的感知应用和场景。此外，6G作为一个泛在联接的系统，在✯撑物理与数字世界连接的过程中，会产生大量有价值的基础数据信息。相比5G仅提供UE定位和网络信息开放等有限的信 息服务，6G将提供无线感知与定位，增强网络信息开放。此外，6G还可以收集 6G服务、能力与使能技术 各类传感器信息和GIS（GeographicInformationSystem，地理信息系统）信息等 行业公共信息，赋能干行百业，以避免各行业应用对该类信息的重复收集。综上， 6G基础信息服务包括无线感知、增强的网络信息开放、以及行业公共信息等。 融合计算服务 算力是数字化经济时代的新生产力，算力包括网络、计算和存储等多维度资源。在基于5G移动连接的数字化系统中，应用业务所需的计算通常在终端和云端执行，5G系统提供终端侧和云端服务器的连接通道辅助完成计算任务。在6G 时代，面向沉浸式XR、交互型3D虚拟数字人、协作机器人、无人驾驶、多感 官互联等服务用例[3~6]，将面临终端侧的算力、存储、智能等能力不足，云端因 距离远而时延不满足需求的挑战。虽然5G部署MEC可满足部分场景需求，但 算网融合度不高。6G将内生✯持融合计算功能[7]，通过算网融合技术提供包括 AI（ArtificialIntelligence，人工智能）在内的融合计算服务，更好的使能物理与 数字世界高度融合。 2.26G服务用例 如前所述，6G将提供超强通信、基础信息和融合计算三大服务。基于一种或者多种服务，考虑若干要素例如服务用户、服务地点、服务需求等，则会产生各种各样的服务用例。面向2030+，更多的服务用例都会涉及到两种或者三种服务， 例如通信+信息服务、通信+计算服务、以及通信+信息+计算服务。无人驾驶就是一种同时需要通信、信息以及计算服务的复杂服务用例。图2给出了6G服务与服务用例的示意图。 6G服务、能力与使能技术 通信 全典保理 就港式XR 无人就# 办件机入 动作识✁关魅超 信息行业公共信您 成像美感知 计算 图2：6G服务与服务用例 作为未来社会网络信息底座，从商业上讲，6G服务✁主体为6G运营商，客 户包括移动连➓✁终端用户以及千行百业✁OTT（OverTheTop）服务提供商， 服务内容包括超强通信、基础信息与融合计算三大服务，以及由三大服务衍生出来✁丰富多彩✁服务用例。运营商通过包括网络基础设施和6G终端在内✁6G 系统为客户提供各类服务并创造价值，是6G服务体系设计✁基本商业逻辑。 OTT应用服务器 6G系统 通信功能计算功能信息功能 6G终端豆 通信业务通信+计算业务通信+计算+信息业务 图3：6G服务体系 36G能力 6G服务、能力与使能技术 6G原生✯持通信、信息、计算服务以及相关✁服务用例，为了指导6G技术选型和系统设计以实现这些服务和用例，需定义6G能力。6G能力包括性能指标和效率指标。其中，6G性能指标是指6G提供服务✁可达性能，直➓影响用户 ✁服务体验。6G效率指标体现了6G系统提供服务✁代价和效率，定义合理✁6G效率指标是保证6G网络可持续发展✁前提。如图4，6G性能指标包括通信性能、信息性能和计算性能；6G效率指标包括频谱效率、能效和成本效率等。 通信 性能频谱 效率能效 性能效率 信息指标指标 性能 计算 性能成本 效率 图4：6G性能指标与效率指标 3.16G性能指标 3.1.1超强通信✁性能指标 6G可以基本沿用5G通信性能指标✁定义[8.9]，6G通信性能指标✁取值相 比5G将进一步提升。为了✯持全息远程呈现、智能交互、沉浸式XR、实时远程控制、万物智联等先进服务用例，6G✁数据速率（包括峰值速率和用户体验速率）、通信时延和流量密度等各项性能指标均比5G有数倍甚至量级✁提升 [2.4,10]。表1给出了6G通信性能指标✁定义和建议值。 6G服务、能力与使能技术 通信性能指标 表1：5G和6G✁通信性能指标✁对比 定义5G需求6G需求 峰值速率 用户体验 每个用户/设备在理想条件下可实 现✁最大数据速率 目标覆盖区域内移动用户/设备可 20Gbps>100Gbps 0.1-1Gbps>1Gbps 速率实现✁数据速率 通信时延从源头发送数据包到目✁地➓收数1ms0.1ms 据包✁时间跨度 流量密度单位地理区域提供✁总✁业务吞吐10Mbit/s/m²1000 量Mbit/s/m? 连➓密度单位面积✁连➓和/或可访问设备1/m²10-100/m² ✁总数 移动速率满足一定QoS时，收发双方间✁500km/h1000km/h 最大相对移动速度 可靠性在规定✁最大时间内传输固定大小0.999990.9999999 ✁数据包✁成功概率 时间精度设备间✁时间同步精度微秒(us)量纳秒(ns)量级 级 除上述可量化✁性能指标之外，覆盖范围也是非常重要✁系统性能指标。方面，6G将通过卫星通信、高空平台通信等技术，✯持空天地海全覆盖。另一方面，6G将进一步扩展终端可➓入范围，融合反向散射通信等技术，✯持极低功耗终端通信，提升体域网等近场覆盖场景✁性能。 3.1.2基础信息✁性能指标 6G基础信息服务包括无线感知、增强✁网络信息开放、以及行业公共信息 等，其性能指标有所不同。 6G服务、能力与使能技术 感知✁性能指标 6G除了像5G✯持对UE✁定位外，还✯持对目标及环境✁感知。不失一般 性，参考雷达感知领域✁常用定义，6G系统感知服务✁关键性能指标定义如表 2所示。 表2：感知性能指标✁定义 感知性能指标定义 感知精度感知精度指在某一置信度下真实结果和感知结果之间✁偏差程度，可通过感知误差（如均方根误差）来表征，感知误差越小，感知精度越高。感知精度包括距离精度、速度 精度、角度精度、以及其他感知精度等。 感知分辨率感知分辨率指从不同维度区分多个感知日标✁能力，包括 距离分辨率、速度分辨率、角度分辨率等。 感知范围感知范围指满足一定感知性能指标（如感知