刘光毅：中国移动6G研发进展

清华大学——中国移动联合研究院 中国移动6G研发进展 刘光毅 中国移动集团级首席专家联合研究院6G研究中心副主任 2022年11月26日 目录 CONTENTS 从5G到6G——“连接”未来 清华大学——中国移动联合研究院 01 整体研究思路 02 研究进展 03后续规划 整体研究思路 从5G到6G——“连接”未来 清华大学——中国移动联合研究院 5G发展现状与挑战 从5G到6G——“连接”未来 清华大学——中国移动联合研究院 5G发展现状 全球5G商用持续增长，我国商用规模仍然保持领先 5G网络处于成长期，我国商用技术处于领先地位 5G明显缓解2C业务流量增长压力，特色应用正在培育 5G与AICDE融合，构建5G服务垂直行业的技术基础 5G行业专网，赋能千行百业，我国5G融入行业的广度深度领跑全球 5G面临的挑战 全球5G网络部署，普遍面临高能耗、高成本、运维难的问题 网络的架构、功能和参数选择过于复杂，接口众多 网络上行和下行的能力差异较大，小区边缘和中心的速率体验差异较大 2B更多考虑通信的连接，缺乏计算、AI、定位等能力的助力 面向2B，现有的网络产品形态不够灵活、成本不具亲和力，IT化和云化的产品形态正在成为趋势 未尽早识别主要的目标业务和场景，业务及其支撑性技术的孵化和培育起步较晚 6G发展的时间规划 从5G到6G——“连接”未来 清华大学——中国移动联合研究院 6G发展的需求和驱动力 技术标准脱钩 产业基础被卡 双碳成为刚需 安全成为刚需 产业模式变革 生态构建复杂 国际、国内形势的变化 未来网络自身发展的需求 从5G到6G——“连接”未来 清华大学——中国移动联合研究院 •低碳节能 •低成本建网 •低成本运维 •端到端的网络弹性 •端到端的敏捷 •平衡的上下行链路能力 •全网一致性业务体验 •业务需求多样化和场景化 •覆盖的立体化 •交互形式和内容的多样化 •业务的开放化和定制化 •多维能力的拓展：通信、计算、AI、感知、数据和安全能力 •DOICT深度融合 •云原生的网络架构 •内生AI •内生安全 •开放与开源 现有通信技术已逼近香农定理和摩尔定律极限，6G呼唤更多基础理论和源头技术创新 美对6G研发力度超5G研究期，并主导6G联盟排斥中国企业。6G存在技术标准分化风险， “开源+白盒”的“水平开放模式”正在兴起，对“封闭垂直整合”模式产生巨大冲击 双碳战略目标使得6G要把低碳作为刚性需求； 6G将深度融入社会各层面，安全成为重中之重 我国基础产业能力的构建更加关键，如何提前做好从顶层到底层的协同布局、协同创新十分关键 与5G相比，6G将拓展更多场景、融合更多领域、赋能更多行业，对商业模式、产业生态的要求更高 科研资源相对分散，高校、科研机构6G研发整体上仍是各自为战，从技术创新到应用落地难以衔接 科研资源分散 6G推进思路 •坚持6G国际化路线，加强与欧盟、日、韩和国际标准组织的合作， 倡导全球统一标准 •`基础理论、跨界融合研究，实现“从0到1”的原始技术突破 前瞻性布局和培育应用层的产业生态，孵化新业务、新应用及其支撑技术与软件 加强应用生态培育 加快原创技术突破 推进全球统一标准 •积极吸纳外国企业加入中国的研发项目和研发体系 •加强顶层设计、架构技术研究，确保6G智简、灵活，整体最优 带动补强产业短板和模式创新 •以需求为牵引，提前布局自主可控的产业生态，带动夯实材料、工艺、软件等基础 •加强开放、开源产业模式布局，积极应对“水平开放共享”产业模式的挑战 愿景： 移动信息领域国家技术创新中心 科技创新中心 企业为主体、央企为龙头、市场为导向， 中国移动加快打造产学研用深度融合的协同创新平台体系 基础理论突破 源头技术创新 共性技术攻关(器件、芯片、材料等) 产业生态培育 人才培养基地 产业融合平台 平台能力构建 （硬件、软件） 顶层设计、总体策略、技术体系 以商用需求为牵引，协同产业上下游系统推进6G研发工作，打通从基础理论、核心技术到标准、产品和应用的全产业链创新环节，布局开放、可控6G产业和应用生态，并面向国际培育国内6G产业集群。 加强应用基础领域的自主研发，建立新型高校创新联合体、产业合作伙伴联合实验室，协同开展原创技术攻关 联合攻关基础理论与关键技术 清华-中国移动北邮-中国移动东南-中国移动 中关村泛联院 电子科技大学 复旦大学 南航北交大 架构 至简柔性网络空天地一体数字孪生 安全内生智慧内生分布式自治意图驱动多代共生 ...... 空口 空时频多维信道模型超大规模D-MMO感知通信一体化 智能超表面 AI辅助的空口传输可见光通信 太赫兹通信新型多址与编码 ...... 传输 灵活动态网络技术智能协同技术 400G-1T高速波分技术新型光纤技术 50GPON技术 突发态技术 ...... 跨界技术 量子安全量子计算新材料 新能源应用新工艺 ...... 需求理论技术标准产品应用 推动标准制定，促进产品转化和应用生态培育 6GHz原型样机、RIS、云化无线网络、异构硬件虚拟化、ISAC、AI驱动的空口、NetworkAI 信道模型、语义通信、全息MIMO、ISAC、AI、RIS、可见光/THz基础器件工艺、可重构芯片、原型样机 布局端到端技术体系，提升自主创新能力 研究进展 从5G到6G——“连接”未来 清华大学——中国移动联合研究院 一、总体布局：新一代移动信息网络（6G）的技术体系从5G到6G——“连接”未来 清华大学——中国移动联合研究院 超能交通 通感互联 全息交互 元宇宙 智能交互 精准医疗 智慧工业 应用场景 统一编排和管理 分布式网络功能 逻辑功能层 边算力 边算力 IP算网底座 中心算力 端算力 光底座（SPN/OTN）光底座（基于OXC的全光网） 全光底座 物理基础设施层 七大技术特征 能力极致融合网络分布至简智慧内生泛在 边算力 安全内生可信 生态绿色低碳 运营孪生自治 空天地海融合覆盖，保证业务无缝体验 提供通信、计算、感知 等融合的能力体系 提供即插即用、按需部署 的网络功能与服务 提供无处不在的算力、算法、模型与数据，支撑无处不在的AI应用 提供主动免疫、弹性自治、虚拟共生、安全泛在的服务能力 实现从网络建设到运行维护等多个环节的节能减排，助力可持续发展 实现网络规建维优的高水平自治，降低网络运营成本 二、愿景与需求：”数字孪生，智慧泛在“已成业界共识 清华大学——中国移动联合研究院 6G将构建数字孪生、智慧泛在的全新世界，全面升级2C、2B和2H应用，赋能各行各业 IMT-2030：作为第一贡献单位发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书及《6G典型场景和关键能力》白皮书；牵头4个立项 NGMN：牵头发布NGMN《6G驱动力与愿景》白皮书及《6G应用场景与分析》白皮书；团队成员2次荣获NGMN杰出贡献奖。 ITU：牵头6GVision文稿的讨论与撰写，并代表中国提交和宣读；主导新型编码调制、波形多址、至简、柔性和数字孪生网络等写入技术趋势报告，体现了我公司的技术引导力。 [1]G.Liuetal.,"Vision,requirementsandnetworkarchitectureof6Gmobilenetworkbeyond2030,"inChinaCommunications,vol.17,no.9,pp.92-104,Sept.2020. 二、愿景与需求：能力多维扩展，性能量级提升 清华大学——中国移动联合研究院 更全面的指标体系 用户体验速率10-100Gbps 峰值速率 频谱效率 •推动技术的演进发展，在现有5G能力指标基础上，尽可能提升关键性能指标 Tbps级 6G DL:100Mbps UL:50Mbps 较5G提升2-3倍 需求 流量密度0.1- 10Gbps/m2 可靠性 >99.99999% DL:20GbpsUL:10Gbps 10Mbps/m2 99.999% 1百万设备/km2 5G 500km/h 控制面10ms 用户面<4ms/0.5ms 网络能效 较5G提升10-100 倍 移动性 >1000km/h •提供比5G更全面的性能指标，支撑公司拓展新的业务空间，如更精准的定位、 连接数密度0.1-1亿设备/km2 室外：10m室内：3m 6G新指标 时延 控制面<1ms用户面<0.1ms 确定性QoS、AI、安全、计算、感知等 定位精度、时延抖动、 AI能力、安全性、感知、计算能力 … [1]Y.Huangetal.,"6Gmobilenetworkrequirementsandtechnicalfeasibilitystudy,"inChinaCommunications,vol.19,no.6,pp.123-136,June2022. 三、空口技术：关键需求与设计理念 清华大学——中国移动联合研究院 关键需求1： 极致的空口传输性能 关键需求2：卓越的多维度能力 关键需求3：可重构的硬件平台 谱效提升 全息/分布式MIMO新型编码调制波形语 义通信、AI空口、RIS 频谱扩展 低频、毫米波可见光、太赫兹、 全频段接入 可重构基站、开放无线网络 能力扩展 通信与计算、AI、 感知、安全一体化 全域覆盖 地面通信为主， 卫星通信提供广域覆盖微域通信提供极限性能 重构开放 极致的空口传输性能是指通过电磁波新维度、多维度组网、新型编码调制、异构链路聚合等一系列新型空口技术，实现网络全域覆盖、基础理论性能突破。 卓越的多维度能力是指DOICT走向深度融合，拓宽移动通信网络的能力边界，赋能6G无处不在的计算、感知、智能等卓越的多维度能力。 基于异构硬件的基站架构是指基站硬件平台采用两级架构，搭建兼容多频段、多制式、多功能、异构的通用基带平台 与针对特定应用或频段的专用收发前端，定义通用、可扩展的前传接口，实现6G基站架构高性能与灵活度的合理平衡。 三、空口技术-极致性能(谱效)：分布式MIMO 清华大学——中国移动联合研究院 面向热点高容量场景，通过多节点智慧交互与协作改善边缘用户体验 挑战：如何实现面向商用网络的分布式MIMO，解决高性能与低复杂度之间的矛盾? 由固定簇向动态簇转变 技术挑战：低复杂度动态协作簇构建。需明确协作簇构建机制，簇内各站点的高效精细管理以及干扰协调等，复杂度较高. 解决方案：综合考虑实际网络动态实现复杂度，提出动态协作架构，获得分布式协作的复杂度和性能折中。 复杂度降低：引入AI、部分动态簇等方案，降低动态协作复杂度 由非相干向相干传输拓展 技术挑战：高精度空口校准、时频同步要求高。一方面，各节点收发通道系数需补偿；另一方面，多个节点间需要同步传输。特别是在高频传输时，对硬件要求更高。 解决方案：优化高精度校准算法，提出利用波束校准等系列方案，实现校准精度在5°以内，率先实现48数据流并行传输，谱效相比5G提升1个量级 复杂度降低：寻找鲁棒性算法，在非相干传输的前提下逼近相干传输性能 64T64R原型试验平台 三、空口技术-极致性能(用户体验速率)：智能超表面 清华大学——中国移动联合研究院 提出四大挑战 提出RIS标准化演进策略 技术原理与路线 超材料天线 智能反射面 漫反射 超材料基站 普通墙面 超材料结构 什么是符合RIS特性的信道模型？ 2022.3 Rel-18 2023.9 Rel-19 2025.3 Rel-20 2026.9 波束赋形 不同尺寸单元 基于几何的统计信道模型扩展，远场 除了覆盖，可以提升多少容量？如何使基于波束扫描的动态方案 网络控制中继器(NCR)5G-AdvancedRIS中继控制信号基于波束 6G空口RIS 全维度 PIN管 进一步降低开