2023年6G无线系统设计原则和典型特征白皮书

1MT-2030（6G推逊红 ITzo3utgiFromotionGruup 6G无线系统设计原则和典型特征 白皮书 2023年11月 版权声明CopyrightNotification 未经书面许可禁止打印、复制及通过任何媒体传播 2023IMT-2030（6G）推进组版权所有 当目 Contents 1背景01 2无线系统需求02 2.1可持续发展需求■02 2.2新业务需求03 2.3新频谱需求04 2.4新技术对无线系统的要求05 2.4.1无线原生智能05 2.4.2通信感知融合06 2.4.3通信计算融合06 2.4.4超维度天线07 2.4.5新型调制编码多址07 2.4.6超高频通信08 2.4.7通信传能融合08 2.4.8星地融合通信09 2.5新终端/芯片需求09 2.65G发展和演进启示11 2.6.1无线系统性能：超越通信边界12 2.6.2无线特征功能：智能多样灵活12 2.6.3系统应用生态：深度融合拓展13 136G无线系统视图和特征16 3.1部署场景16 3.26G无线系统视图16 3.36G无线系统新特征17 3.3.1系统功能特征17 3.3.2系统架构特征21 3.3.3实现和运行特征25 3.4端到端设计相关27 3.4.1通信连接分析27 3.4.2数智算跨域分析28 3.4.3安全可信跨域分析28 46G无线系统设计原则30 4.1按需适配原则30 4.2智慧原生原则31 4.3融合一体化原则33 4.4数据原生原则35 4.5绿色低碳原则36 4.6内生可信原则38 4.7联合优化原则39 5总结及展望42 6贡献单位43 背景 2023年6月，国际电信联盟ITU-RIMT-2030（6G)推进组积极开展关键WP5D如期完成IMT面向2030及未来发技术研究的同时，于2022年中启动无线展的框架和总体目标建议书》。该建议系统总体研究工作，面向6G新业务、新书作为6G纲领性的文件，汇聚了全球频谱和新技术发展需求，结合以可持续6G愿景共识，描绘了6G目标与趋势，提发展为代表的发展目标，分析6G部署场 出了6G的典型场景及能力指标体系。建 成6G无线系统整体架构和设计原则，不 景和组网场景需求，提出6G无线系统功议书指出6G将实现人、机、物的连接：能特征、架构特征和运行特征，研究形实现物理世界和虚拟世界的连接，同 时，将感知和人工智能等能力融合到网断迭代完善，指导后续无线系统方案研 发。 络中，6G成为承载新用户、赋能新应用 的新型数字基础设施。 >>>01 21无线系统需求 可2.1可持续发展需求治理结构和过程扁平化等趋势。需要 面向2030年及未来，人类社会将进6G技术配合其他数字技术共同作用，对入智能化时代，数字世界与物理世界将科学精准的决策制定和动态实时的事件无缝融合，社会服务均衡化、高端化，响应提供有效支撑。6G需满足公共服务社会治理科学化、精准化，社会发展绿保障均等化需求，其在医疗健康和优质色化、节能化将成为未来社会发展趋教育等领域的深度应用，将有效改善公 势。经济、社会、环境的可持续发展将共服务的用户体验，助力各类服务普 驱动移动通信技术持续从5G向6G选代升惠、均等落地，增强公共服务能力，成 级。为应对收入失衡挑战、助力各群体协同 一是经济可持续发展驱动力。6G需发展的强大工具。 满足产业数字化转型需求，产业数字化三是环境可持续发展驱动力。6G需推动生产方式向更高质量、更加智能方满足绿色可持续发展需求，推动绿色低可转变，数学技术支撑高精度、高可碳转型是全球各国共同的目标，也是靠、准实时的信息传输以及与人工智ICT产业可持续发展的必然趋势。需要 能、大数据、云计算等新技术的融合应将绿色低碳作为6G网络设计的基本准 用，将推动产业智能化转型发展。6G需则，既降低6G自身能耗，同时赋能行业满足个性化、高端化的人民高品质生活绿色低碳发展。6G将具有更高频段、更需求，以全息视频、3D视频、感官互联大带宽、更高速率、泛在互联、更高确为代表的更高品质服务将加速普及，这定性等特征，业务应用呈现“智慧化、对移动通信技术性能提出了更高要求。沉浸化、全域化”发展趋势，更强性能6G需满足国际协作全球化需求，新一代与多样化业务将致使6G网络流量负载、信息技术快速发展，使得国际分工从物计算、存储等能耗提升。因而6G将在系理世界延伸至数字世界，未来数字季统设计、技术创新、产品设计、网络运生、沉浸式交互等业务应用发展进一步行维护等多个环节融入节能减排理念， 降低了人与人的沟通成本。助力绿色可持续发展。6G需满足重大突二是社会可持续发展驱动力。6G需发事件高效应对需求，极端天气、疫情 满足社会治理能力现代化需求，未来社等重大事件驱动建立更加广泛的感知能 会治理呈现主体多元化、场景动态化、力和更加密切的智能协同能力，实现社 02< 会资源的密切协同和灵活调度，助力更 目标建议书》。该建议书提出 大范围的密集性动员。IMT2030在IMT2020三大场景基础上增强 可2.2新业务需求和扩展，包含沉浸式通信、超大规模连 从2019年IMT2030（6G)推进组成立接、极高可靠低时延、人工智能与通信以来就开始对6G的典型场量和业务需求的融合、感知与通信的融合、泛在连接开展分析，经过近三年的讨论，逐渐形等六大场景。提出6G用户和应用将呈现成了比较统一的意见。6G网络的业务需泛在智能、泛在计算、沉浸式多媒体和求包括5G现有业务的深化、发展和未来多感官通信、数字李生和虚拟世界、智可能的新兴业务需求两部分。2022年能工业应用、数学健康与福社、泛在连IMT2030（6G）推进组发布6G典型场景接、传感和通信融合、可持续性等九大和关键能力》自皮书，对6G典型场景和趋势。ITU建议书充分体现了我国提出的业务应用进行了分析，提出了超级无线全部典型场景，明确了6G应用和服务内 涵。 无线系统需求是6G无线系统设计的 宽带、超大规模连接、机器可靠通信、普惠智能服务和通信感知融合五大典型 场景，对沉浸式云VR、数字李生、机器基础与依据。我们在IMT-2030研究成果 控制、智慧交互、多维感知等典型业务基础上，立足于无线系统，从未来业务 进行举例分析。 对于无线网络需求的角度，将业务分为 2023年6月ITU-RWP5D如期完成了基础通信需求、基础计算需求、基础信 IMT面向2030及未来发展的框架和总体 息需求。 能力维度能力子维度 典型业务 基础通信需求 超级无线宽带 沉浸式XR、全息通信、感官互联、全域覆盖、应急通信 超大规模连接 数字李生、智慧农业、广覆盖物联网、综合运输 极其可靠通信 智能制造、智能电网、机器控制、远程医疗、远程驾驶 泛在连接 应急通信、海洋通信、无人机通信、边远地区通信 基础计算需求 支持包括计算、AI、存储在内的普惠智能 智慧交互、智能互联、智能制造、染业务、算力服务 自动驾驶 基础信息需求 通信感知融合 多维感知、环境重构、高精度定位、检测、成像 网络信息开放 网络运行信息的开放 行业公共基础信息 各类传感器信息（温度、湿度、环境等）和GIS （GeographicInformationSystem，地理信息系统） 信息等 >>03 在基础通信需求方面，6G无线网络 跨区域设备监控雷要泛在连接能力、多 04<< 需要在5G网络的基础上进一步满足业务维感知和计算能力；无人驾驶则需要基对于更大的无线带宽、更大规模的连础通信能力、无线感知能力和基础计算接、更高的可靠性的要求；同时将基础能力三种能力。 连接能力在空间和时间上进一步扩展，可2.3新频谱需求 满足空天地海泛在连接和突发事件、重新一代6G无线系统既需要满足现有大事件、灾害事件的应急通信保障能力5G业务的增强，也需要满足更加丰富多需求，满足有障碍物阻挡下的极致覆盖样的新业务和新场景，因此需要不同频需求；另一方面，6G将进一步扩展终端段的频谱资源，以实现全方位的6G业务可接入范围，支持体域网等近场通信场体验。 景。为了满足6G全息交互等全新业务场 作为整个通信网络的重要组成部分，将 在基础计算需求方面，6G无线网络景Tbps峰值速率，同时考虑6G较5G网络 1.5=3倍频谱效率的提升，以及提供支持包括计算、AI、存储在内的普<0，1ms空口时征等技术需求：6G规模商惠智能，需要具备基础的算力感知、算用需要超大带宽（如约需要2GHz+带力调度、算力共享能力，能够向业务侧宽、单载波几百MHz，甚至Ghz）。 中低频段频谱仍将是6G发展的战略 提供算力服务，支撑端到端的智慧互 联、交互业务和基础的架业务。性资源，将为6G提供基础连续覆盖，支在基础信息需求方面，6G无线网络持6G实现快速、低成本网络部署。考虑 需要具备利用无线信号对目标的检测、到4G/5G现网生命周期长、频率重耕难 和GIS信息等行业公共基础信息的能力。 定位、识别、成像等多维感知能力，需度大等实际情况，在6G商用初期，5G仍要具备将无线网络信息实时、准确开放大规模商用，即5G和6G将在相当长一段给应用层的能力，并且需要具备提供各时间内会协同共存与融合发展。全球讨类传感器信息（温度、湿度、环境等）论的新中低频段频段涉及6GHz 24GHz。6GHz频段是中频段仅有的大带 从具体应用来君，某一具体的业务 用例可能需要上述一种或多种网络能力 宽优质资源，兼顾覆盖和容量优势，特 别适合5G或未来6G系统部署，同时可以 发挥现有中频段5G全球产业的优势。工 互相结合，如工业互联网、高清图像检 测业务需要大带宽低时延能力：远程控业和信息化部新版《中华人民共和国无制、机器控制需要高可靠低时延能力：线电频率划分规定》率先在全球将 6425-7125MHz全部或部分频段划分用于 IMT（国际移动通信，含5G/6G）系统 对于更高频段具有丰富的频谱资源，如光谱（道常包含可见光、红外、紫外等），其中可见光通常指频段 430~790THz(波长为380~750nm)的 电磁波，有约400THz候选频谱：红外光 通常指波长为750nm-3000nm的电磁波： 太赫慈指的是频段0.1～10THz（波长 为30～3000μm）的电磁波，有约10THz候选频谱，两者都具有大带宽的 特点，易于实现超高速率通信，可作为 补充频段。但光谱和太赫兹的空间传输损耗都很大，在局域和短距离通信等特定场景中作为补充，可提供更大的容量 和更高的速率，发挥独特的优势， 10G以下 x 图2-1频率分布示意图 可2.4新技术对无线系统的要求 原生智能，人工智能/机器学习的数据采 2.4.1无线原生智能 集、模型训练、模型分发等功能将被纳 智能在系统/模块性能方面的提升，空口 面向6G，人工智能技术被称为底座型入到6G无线系统内部，特别是在线学技术，可以与网络的方方面面进行深度融习、联邦学习、迁移学习等对分布式人合并发挥重要影响。在RAN侧，将主要在工智能功能部署的要求，将对人工智能如下几方面发挥重要的作用：AI4Net，基相关功能的模块划分、与现有RAN功能进于AI来优化RAN：Net4AI，RAN为AI提供优行融合形成新的无线系统的架构、以及化服务，如连接QoS保障、数据安全隐私协议栈设计造成影响。其次，由于人工 保护机制等；AIaaS，基于RAN内的连接 计算、数据和算法等资源和功能，提供6G方面的开销将有可能被降低，从而获得AI能力。由于RAN的主要处理循环都处于更优的空口设计方案，但这是通过增加mS级别，机器学习模型训练数据和推演所模型相关数据开销换取的，在系统设计需数据对传输网络的压力，以及数据安全时需要仔细的平衡两者在开销方面的影和隐私保护的需求，6GRAN需要原生智响。第三，由于人工智能在可解释性 旧需要支持非智能型/轻量化的系统设备 能。 无线原生智能将影响6G无线系统设 泛化能力等方面存在的向