夏亮-无线光通信在6G中的应用展望-第一届无线光通信感知技术与应用研讨会-未来研究院

无线光通信在6G中的应用展望 总结与展望 6G概述与技术布局 无线光通信在6G中的应用与挑战 中国移动无线光通信研究进展 5G 2020 6G 启动5G研究 2017 发布5G框架及建议书规划3.5GHz+4.9GHz 2018 2023 2030 •启动6G研究：提前5年 •6G框架及建议书：提前2年 •6G频率规划：提前4年 商用时间 2015 2013 移动通信十年一代，当前ITU明确6G愿景与指标体系，工信部全球率先将6GHz用于5G/6G系统，6G研发进入加速期，但相比5G面临更多挑战（周期更长、起步更早、技术发散） 框架及总体目标发布 标准启动 标准冻结 网络试验 商用落地 M1 技术预研期 M2 M3 M4 M5 •ITU-R通过6G建议书 •工信部规划6G频谱 6G六大典型场景涵盖“覆盖全域化、性能沉浸化、要素融合化、网络平台化”特征，网络将从通信服务向信息服务转变 六大场景可分为三类： 第一类是性能沉浸化：5G三大场景的增强 第二类是要素融合化：AI与通信的融合、感知与通信的融合 第三类是覆盖全域化：泛在连接 网络平台化是基座：网络成为聚合相关业务能力的“平台”，供需动态匹配，为用户提供多样化的移动信息服务 立足ITU-R能力指标体系，面向标准化开启技术创新赛道 技术创新面临“三重挑战” 1 需要原创技术突破 2 需要融合技术创新 理论：容量逼近香农极限产业：摩尔定律接近极限需求：场景更极致更多样 3 需要网络拓展创新 覆盖可持续性互操作定位等 AI与通信的融合感知与通信的融合 ITU技术指标不是单点技术的要求、而是网络系统性的要求，技术布局需从网络整体出发、系统思考 •通过平台化、服务化、内生设计，实现网络智简和结构熵减 •面向全场景，融合全要素，实现全领域资源和能力贯通 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 SCU SCU SCU SCU 网络架构 无线组网 •多频段多制式融合组网 •提高组网灵活性降成本 •拓展移动网络从广域到微域 •高性价比地提供感知能力 •峰值速率100Gbps以上 •网络频谱效率提升2~3倍 •海量连接随机接入用户提升2倍 无线通信 不是单点技术的指标而是网络系统的指标 无线通信 空口AI ③新型无线传输 语义通信 新型编码多址 智能超表面 太赫兹通信 可见光通信 信道测量与建模 超大规模天线 ①② 中国移动 异构融合组网 通感一体化 新型创新联合体 网络架构 ④⑤ ⑥ ⑦新型网络架构 轻移 量动 化算 协力议 分内全内布生服生式智务确自能化定 治性 空天地一体 内生安全 无线组网 新型无源物联 数字孪生网络 ⑧⑨⑩ 产业合作伙伴 以需求为牵引、问题为导向，做好“网络+融合创新” 中关村泛联院 清华大学-中国移动联合研究院 协同攻关基础理论和原型样机研究 确保技术向标准、产品及应用转化 加强产学研用协同攻关、强化关键技术系统性创新，打造6G科学实验装置，形成“3+10+1”的6G技术体系布局。 ④⑤⑥⑦ 北京邮电大学-中国移动研究院联合创新中心 东南大学-中国移动研究院联合创新中心 ③⑦⑧①⑨⑩ 6G频段资源更多、更高，网络部署方式更加复杂，组网技术向异构融合方向发展， 通过无蜂窝、即插即用与微域融合组网技术，实现网络服务的差异化、特定化，满足用户体验的极致性与一致性 异构融合组网 6G网络新变化 •新频段：毫米波、太赫兹、可见光等频谱更高，且可见光以下行为主，如何实现全频谱接入面临挑战 •新体验：用户速率、时延等要求更高，且对用户切换体验一致性要求更高 低频段 现网频谱 毫米波 太赫兹 红外线 毫米波 可见光太赫兹非可见光 THz回传 中频段 笔记本 电脑全息通信 智能手机 6G组网目标 用户体验一致 网络部署灵活 广域微域融合 网络节能高效 •新融合：6G空口与新型短距通信技术融合，满足差异化需求 设计思路 从蜂窝组网到无蜂窝组网 •基于无蜂窝的用户接入与连接管理技术，实现无小区无切换 •分布式MIMO协同传输技术，提升用户体验一致性 从站址规划部署到即插即用组网 •基站即插即用技术，提高网络部署灵活性 •太赫兹、可见光等新频段按需开启，与中低频段协同接入技术，满足超高速率需求 从广域微域独立组网到融合组网 •广域微域集中式+分布式协同组网技术，实现一体化设计 •跨域、跨节点、跨制式干扰协同技术，降低网间干扰，实现微域通 信极致性能 8 总结与展望 6G概述与技术布局 无线光通信在6G中的应用与挑战 中国移动无线光通信研究进展 移动通信场景 热点高容量场景 小型室内场景 垂直行业通信场景 交通场景 电磁严苛场景 信道建模材料与器件 空间信道建模：频率、衰落、空时特性器件特性建模：噪声、频率响应等特性 提高带宽、发射功率、灵敏度，降低非线性兼顾照明要求 空口传输组网 波形调制：克服频响特性，高谱效，远距离可见光MIMO：空间相关性大，光功率约束 上行难实现下行易中断移动性管理、干扰管理 信道建模关键器件 •建立传播环境模型：环境光、光源密度、光反射特性等 •建立器件噪声与响应模型 •建立可见光信道测量平台 •重点关注SLD，LD，micro-LED，多色LED等能实现高速率传输的光源器件 •通过材料、结构、阵列等设计提升器件的通信指标要求 传输技术组网技术 •传输理论：可见光信号的非负实数特性、信号非独立噪声等特性影响容量界 •调制波形:非负实数约束、PAPR与削波优化 •均衡技术：预均衡、自适应比特能量加载 •VLC-MIMO技术：非成像MIMO、成像MIMO、基于发送透镜的MIMO、VLC-MIMO预编码 •无线光融合组网：射频与可见光融合接入、传输、连接管理 •可见光超密集组网:无定形蜂窝网络架构、形成机制 6G通信总体需求可见光通信指标 PeakDataRate Tbpslevel UserExperiencedDataRate 10-100Gbps 6G SpectrumEfficiency2to3timeshigherthan5G 满足300Mbps/m2流量密度要求 •Ultradensedeployment：2x2x3m3perVLCAP •coverageanglerequirement：2*atan(1/3)=37° •averagedatarateperAP：1.2Gbps •peakdatarateperAP：4.8Gbps •Modulationbandwidthrequirement:5GHz(OOKis AreaTrafficCapacity DL:100MbpsUL:50Mbps DL:20GbpsUL:10Gbps DL:30bps/HzUL:15bps/Hz NetworkEnergy assumed) •Normaldeployment：4x4x3m3perVLCAP •coverageanglerequirement：2*atan(2/3)=67° 0.1- 10Gbps/m3 10Mbps/m299.999% 1million/km2 100timescomparedto4G 5G 500km/h CPlatency<10ms UPlatency<4ms/0.5ms Efficiency10to100timeshigherthan5G Mobility >1000km/h •averagedatarateperAP：4.8Gbps •peakdatarateperAP：19.2Gbps •Modulationbandwidthrequirement:5GHz(O- Reliablity >99.99999 % ConnectionDensity outdoor：10mindoor：3m OFDM+QAMisassumed) VLC器件要求 •Modulationbandwidth:5GHz dev 0.1-1hundredmillionices/km3 Newcapabilities Controlplane ency<1mserplanncy<0.1 lats Ue latems •coverageangle/FOV:60° •coveragedistance：5m 可见光硬件电路框图 可见光整机级联调测 可见光信道射频特性测试 8 Voltage（V） LDV-I曲线（实测） 6 4 2 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0 Current（A） 可见光光路非线性特征评估 光路衰减-输入功率（500M） 3.2 4.2 5.2 6.2 7.2 8.2 9.2 10.2 11.2 12.2 13.2 14.2 15.2 16.2 17.2 18.2 19.2 20.2 21.2 22.2 -37.8 -38 -38.2 -38.4 -38.6 -38.8 -39 -39.2 -39.4 -39.6 -39.8 光路衰减-输入功率（1G） 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 20.9 21.8 22.7 23.6 24.3 -44.4 -44.6 -44.8 -45 -45.2 -45.4 -45.6 -45.8 -46 -46.2 •LD光路存在收发对准要求高、频率不平坦、噪声不平稳、非线性、动态范围小等挑战 •当前可支持点对点通信，组网实现复杂度要求高 总结与展望 6G概述与技术布局 无线光通信在6G中的应用与挑战 中国移动无线光通信研究进展 低频段 融合组网 笔记本电脑 智能VR眼镜手机 可见光 云XR、大视频、全息显示等业务对6G网络的室内流量密度提出新需求 设计蜂窝与可见光通信深度融合系统，解决上行难、移动性差的问题 基于可见光信道、器件特征完善可见光噪声和容量理论模型 设计大带宽多灯协作传输方案，实现高速率、低中断传输 毫米波 6G可见光信道测量平台 6G高速可见光器件与验证平台 6G射频与可见光融合融合通信试验平台 6G空分复用无线光通信传输验证平台 无线光通信验证平台 北京邮电大学-中国移动研究院联合创新中心中关村泛联移动通信技术创新应用研究院 东南大学-中国移动研究院联合创新中心 清华大学-中国移动联合研究院 规划可见光室分节点 搭建无线可见光融合组网原型系统，进行技术方案的性能测试与验证 由于当前已有的器件受限，先搭建中低速可见光通信系统，后续大带宽白灯光源和接收器研制成功后再升级高速的可见光硬件前端 可见光的覆盖和带宽两个重要性能都要保证，才可以实现组网应用需求。 总结与展望 6G概述与技术布局 无线光通信在6G中的应用与挑战 中国移动无线光通信研究进展 面向2030年6G商用的时间点，我们倡议学术界和产业界共同建立并完善无线光信道模型、完成关键器件技术路线选择与攻关、形成传输与组网等关键技术框架，为未来面向6G的无线光通信的标准化与产业应用奠定基础。 感谢聆听！