以用户为中心的6G接入网技术研究-2024全球6G技术大会

目录 目录1 第1章引言2 1.1文档结构2 1.2背景2 1.3概念及目标3 第2章场景和需求3 2.1应用场景3 2.2需求4 2.3评估指标6 第3章系统设计7 3.1功能特征7 3.2架构及演进9 第4章关键技术14 4.1接入及连接管理技术14 4.2组网及部署关键技术16 4.3移动性管理技术18 4.4灵活高效的用户面传输技术22 4.5以用户为中心的资源编排23 4.6分布式多天线技术25 4.7终端关键技术26 4.8以用户为中心的融合技术27 第5章总结和展望27 参考文献28 缩略语28 致谢30 第1章引言 1.1文档结构 第6代移动通信网络有望引入新的性能指标和应用方案，以用户为中心网络将成为推动实现6G愿景的关键技术，因为其突破了传统基站为中心网络并与信息产业的新兴技术形成了有效融合。ITU-R在《2030年及以后地面国际移动电信系统的未来技术趋势》报告中指出，作为一种新型接入网架构，以用户为中心的架构技术可以增强无线网络[1]。 本白皮书对6G以用户为中心的接入网技术进行研究。首先介绍以用户为中心的接入网技术研究的背景，说明6G中以用户为中心的概念和目标。第二章介绍了以用户为中心接入网的场景需求与评估指标，第三章介绍了以用户为中心的接入网系统设计，包括五大功能特征和架构设计，第四章介绍了以用户为中心接入网的关键技术，第五章进行了总结和展望。 1.2背景 面对日益复杂的网络环境和多样化的业务需求，传统蜂窝架构的局限性日益凸显。小区边缘数据传输较高的路径损耗和邻近小区不可预测的干扰，导致小区中心和小区边缘之间的用户数据速率不平衡。此外，在移动过程中，蜂窝边缘的切换可能导致业务中断和延迟。随着蜂窝覆盖范围不断缩小，上述问题变得更加严重。为了提高网络的服务质量和鲁棒性，人们提出了许多边缘增强和移动性优化方案并制定了标准规范： 针对边缘数据传输，4G、5G先后提出了CoMP和Multi-TRP等关键技术。CoMP可以实现单基站下不同小区对单个用户进行相同或不同数据的发送与接收[2]。Multi-TRP可以通过多个TRP联合为单个用户进行相同或不同数据的发送与接收[3]。但是由于单个DU的用户规模/覆盖区域有限、DU间多TRP协作的动态效果受到通过CU进行跨DU操作的限制以及终端在DU间切换时造成的时延增加/数据中断，这种优化只以有限的增益提高了边缘性能，并带来了额外的系统复杂性。 针对移动性增强，5G引入了CHO、DAPS、LTM等技术，用于解决终端切换时的业务连续性和无损切换问题。CHO是将切换条件配置给UE，UE基于条件判定切换时机。DAPS是同时激活两套协议栈，从而实现切换过程中的数据传输无中断。LTM则通过L1/L2信令执行测量上报和小区切换，减少移动性延迟[3]。可见，CHO、DAPS和LTM都是对切换过程进行优化，并没有消除切换过程。终端在移动时仍需要执行切换操作，在小小区覆盖环境下将会更加频繁，由此增加了终端和网络的信令交互、以及终端和网络的耗电量，而小小区覆盖在6G中将会更为普遍。另外，这些增强的特性虽然提供了一定的增益，但是各有限制，而且要求终端具有对应的能力，导致终端的设计复杂度变大。 此外，基于C-RAN定义超级小区解决方案多次在业界被讨论。但考虑到基于现有技术的物理层设计，如终端基于PCI、C-RNTI的寻址方式等，超级小区的用户数上限只能是当前标准设计中可支持的最大用户数，这种方式不仅没有从根本解决现有无线网络的逻辑约束，反而又新增了“超级小区”这一层逻辑约束，带来了系统复杂度的增加。 综上可见，6G以前移动通信一直致力于基于蜂窝网基本架构进行增量式的修正，虽然引入了一些增强技术，起到了一定的性能增益，但是受限于基站侧小区和用户终端的强绑定关系，一方面不能从根本上解决问题，不能适用于所有终端；另一方面对基站和终端都引入了很大的复杂度，不利于设备成本和运营成本的维护。 1.3概念及目标 在6G时代呈现出了一些新趋势，新场景、新频段、新技术的驱动，使我们不得不重新重视、思考和拓展对以用户为中心的认识。在这个过程中，“用户”的内涵进一步拓展，包括手机等toC用户和行业应用、网络租户等toB用户/客户，涵盖内容提供和消费两端；“中心”则指向通过可定制网络使用户拥有一定自主权，通过网络基础设施（通道、算力、感知、智能等）开放为用户提供友好的网络交互和定制化，以及完善的用户体验评估体系。 以用户为中心的目标由来已久，从应用层，网络服务最终是端到端的用户需求满足，从物理层传输技术，最佳传输性能是不考虑蜂窝网限制的任意节点连接，但这两方面设想在5G网络中是无法实际满足的。要实现最终的端到端以用户为中心和物理层传输技术不受蜂窝网架构约束的最优化，需要对接入网进行逻辑重构。6GUCAN（UserCentricAccessNetwork，以用户为中心接入网络）是不受高层节点部署约束的，以用户和业务为中心，灵活组织网络节点和资源为用户服务的接入网络。UCAN将灵活适配用户和业务的需求，从初始就以用户的一致性体验（即UE在任何位置都可以按需得到资源进行上下行传输）为设计目标，避免复杂、冗余打补丁式的构造，遵循技术演进和产业化发展的规律进行系统架构和关键技术研究[4]。 UCAN的典型特征包括： 架构和组网方面，网络将为用户提供更高的自由度，支持基于用户画像的深度定制，不同用户和业务应用可对应不同网络架构组织和部署形式。网络长期跟踪维护用户上下文，感知、分析和智能预测与用户和业务有关的信息，从而细分和友好处理用户/终端的诉求，快速构建新业务和部署无线传输服务，提供高效的连接管理机制和拓扑自适应机制，例如基于用户意图驱动和用户兴趣感知。 资源方面，云计算、大数据、AI等新技术的发展，助力网络建立和维护对连接、算力、数据、模型等多维资源的总体视图和调度管理，实现接入网对如波束、带宽、功率、TRP、信道和链路接口等各类资源的实时精准投放，以优化的能效和谱效，使用户终端（群）总是处在最佳服务状态。 用户服务方面，网络将给与用户更大的自主选择权利，满足不同场景下不同用户/终端的多样连接和组网需求。用户可以根据终端能力、业务需求和网络环境，自主选择接入的网络类型（例如，Sidelink、V2X、NTN）或者进行移动性决策；还可以根据业务需求或组网要求，向网络反馈辅助信息，请求网络协调相应的资源和配置，例如使用户能够按需在终端和网络（中继）节点之间转换，使用和提供服务。 第2章场景和需求 2.1应用场景 以用户为中心的6G无线网络将在5G技术所服务的应用基础上，面向toB、toC全用户实现频谱资源、功能、服务、算力、安全等多个维度融合的按需灵活柔性组网，满足新兴多元融合业务的需求，不但可以个性化的提供移动性管理、策略控制、会话控制、个人数据管理等专属服务，同时还能以用户为粒度优化信令开销和网络性能，赋能千行百业的发展，有 望成为6G时代的颠覆性技术之一。 •新型融合网络 纵观未来6G网络，对实现全域覆盖的需求十分迫切，其融合的网络部署类型包括但不限于超密集网络、广域覆盖网络、边缘云网络、星地一体化网络、无人机网络等，打造融合型三维立体网络是6G发展的重心之一。以用户为中心的接入网络可以兼容物联网、移动宽带网络等多种网络类型，通过选取可用的接入点按需为不同网络架构下的用户提供精准服务。 •沉浸式服务通信 随着5G流媒体和多媒体业务的飞速发展，基于XR通信、全息通信、远程多感官智真通信等多样化服务的沉浸式通信有望成为6G的杀手级应用，其可为用户提供身临其境的沉浸式用户体验。沉浸式通信场景特别要求网络提供超高的数据速率以及超低时延、超高可靠的性能保障，为此实现以用户为中心的接入网架构将成为打造该服务的重要考虑因素，UCAN通过多节点协调和灵活的分组设置，保证每个用户的独立业务传输，同时也为用户提供更灵活、更丰富的资源，满足全网大流量业务需求。 •通感算一体化 6G网络可利用通信信号实现对目标的检测、定位、识别、成像等感知功能，获取周边环境信息，提供环境感知数据，增强用户体验。UCAN不但可以获得包括用户服务需求等在内的强大感知能力，还可以快速均匀的协调多用户之间的算力资源，满足网络对算力的需求，实现通感算一体化网络性能[4]。 •智能服务场景 6G时代在打造万物智联的蓝图下，将会有越来越多的新型智能终端引入，借助于AI技术，智能体可以通过不断的学习和自主协作，赋能智慧医疗、工业物联网、智能家居、自动驾驶等众多应用场景。在AI技术的不断驱动下，UCAN通过检测用户以及其服务需求，自适应的为用户构建灵活小区，实现路径选择、无线资源协调、接入节点的选择等网络功能，同时，利用多节点间分布式的协作能力，解决智能场景下数据的存储、计算、隐私保护等痛点问题。 2.2需求 2.2.1无缝连接 无缝连接主要是指满足用户随时随地的连接和通信的需求。随着业务的逐渐融合和部署场景的不断扩展，用户需要随时随地的连接和通信，比如在飞机上、无人区、海洋区域等的通信需求。为满足用户无缝连接的需求，6G网络将向空天地海不断延伸，地面蜂窝网与高轨卫星网络、中低轨卫星网络、高空平台、无人机在内的空间网络相互融合，如图2.2-1所示，将构建起全球广域覆盖的空天地一体化三维立体网络，达到任何人在任何时间、任何地点能够与任何人进行任何通信的效果。 图2.2-1以用户为中心的无缝连接网络 2.2.2多样连接 多样连接主要是指用户对连接能力的差异化需求，需要为用户提供最优的连接服务，满足用户需求。随着人、机、物的连接，物理世界和虚拟世界的连接，存在大量的可连接物理实体，如图2.2-2所示，包括智能终端、传感器、可穿戴设备、车辆和工业控制等设备等。因为不同用户对连接能力的差异化要求，所以为用户提供最优的连接能力，实现连接功能的按需部署，需要从用户需求出发，以用户为中心，支持多种异构网络智能互联融合的能力，以动态满足复杂多样的场景和业务需求，包括无人驾驶、智能家居、虚拟现实等未来业务，满足对高比特率、低时延抖动和更高可靠性的需求，并实现网络侧的多接入、多连接、多服务融合。 图2.2-2以用户为中心的多样连接网络 2.2.3高速数据传输 未来随着网络、AI计算、边缘云等基础设施建设不断完善，以及在线教育、电商直播、元宇宙、远程医疗、泛娱乐社交等的普及，用户对大流量应用的需求及万物互联速率的要求 不断提升。例如元宇宙业务需要实时数据传输、实时音视频通信、多人同时在线承载能力，要求网络提供高速率低时延数据服务。因此，以用户为中心网络需要根据用户需求，提供高速率、低时延、高可靠的数据传输，更好的支持实时和高速率应用。 2.2.4数据驱动的算力需求 随着6G时代的到来，数字化程度日益加深，数据驱动全球化日益加快，实时的数据处理以及超大规模的设备连接将为人们带来更加极致的用户体验和便捷的生活，也对以算力为基础的信息化处理能力提出了较高的需求，即UCAN不但需要提供强大的算力支持，还需要具备个性化资源的按需调度能力。如何根据用户的不同任务需求将任务调度到匹配的算力资源上，如何设计激励机制鼓励用户进行算力的协调和分配，最终实现算力资源的高效赋能，将成为未来UCAN关注的重点方向之一。 2.3评估指标 •延迟时间 控制平面延迟是指从最“电池效率”状态（例如空闲状态）到连续数据传输开始（例如活动状态）的过渡时间。5G中的目标为20ms（eMBB、URLLC）。UCAN采用云化控制面集中调度系统资源，在CCU范围内推广2-stepRACH（Msg1和Msg3、Msg2与Msg4的合并传输减小了RACH的时延），使得6G控制面时延进一步缩减。与此同时，硬件处理能力的提升也有效缩短了UE和TRP的消息处理时延。 •移动性 移动中断时间是指在移动性过渡期间，用户终端无法与任何基站交换用户面数据包的最短持续时间。5G特性中描述的波束移动性和CA移动性的移动性中断时延目标均为0ms。UCAN采用多TRP服务于