2024 新代无线条术 ： 6G 基础突起报告(英文版)

C 下一代无线：指南6G基础 电子书 INTRODUCTION 6G简介 随着5G部署的顺利进行，供应商和服务提供商可以帮助消费者、行业和政府释放许多具有深远益处的用例。然而，6G 走得更远。6G技术将提供前所未有的性能、可靠性和安全性，完全连接社会第一次。 BacktoTOC 下一代无线：6G基础指南|2 Contents 6G简介2 人工智能和机器学习网络26 愿景………………………………………………A…I在…多…个…层次…上…驱…动网…络…优…化…………………………… KPI和目标…………………………………………数…字…双胞…胎…2…95 6G用例7 联合通信和传感。 电路数字孪生………………………………………… 网络数字孪生………………………………………… 沉浸式网真与虚拟现实和增强现实.9 新的网络拓扑…………………………………………… 大规模孪生。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。R。A。N。的。虚。拟。化。、。云。化。和。分。散。化。。。...。..。32。。。。。。。。。。。 可持续性 非陆地网络34 无线系统的可持续性………………………………担…保……12……………………………………………… 实现其他行业的可持续性……………………………物…联…网和…攻…击…面……………………………36…………… 5G的演进… 3GPP标准化时间表。 零信任37 网络安全中✁机器学习和人工智能.38 6G技术……………………………………………结…论…3…9………………………………………………… 新频谱技术20 超大规模MIMO20 可重构智能表面21 新频段22 全双工23 新波形25 下一代无线：6G基础指南|3 Vision 物理和认知增强将使人类比现在的效率和生产力更高。6G的普遍性将促进新行业的兴起和商业模式的发展。通过全面连接物理、数字和人类世 界，6G将帮助我们应对增长和可持续发展带来的机遇与挑战。人工智能将驱动网络发展，使得基础设施优化和客户服务配置完全自动 化成为可能。数字孪生的应用——即精确的实时物理过程复制品——将会发挥关键作用。 广泛。这些虚拟模型结合了过去和现在的数据通过机器学习动态监控、改进、优化和 提升众多流程。精准时序和数据协调应用的技术将重塑制造业和工业领域。6G愿景的一部分旨在支持和赋能联合国相关流程及其服务的网络，助力可持续发展目标环境下的全球发展。这些目标旨在促进全球健康，使得全面覆盖的通讯能够延伸至陆地、海洋、空中及太空。最终，6G将显著增强社会应对并管理突发情况的能力，不论何时何地出现此类紧急情况。 通过创建普遍的无线智能来提升教育、生活质量、公正与包容性。在未来十年，广泛的技术如人工智能（AI）、高级传感器、光学技术、云计算、高速数字通信、卫星技术和机器人技术将迅速发展，这将使6G成为可能的新应用模型。在通讯领域，6G将使多感官技术得以实现，为人们提供新的互动方式，不仅限于人与人之间的交流，还可能扩展到人与物 、物与物之间的交互，极大地丰富了人与世界互动的方式。 他们的周围环境，不仅使用视觉和声音，还使用触觉，气味和味道。6G可能会消除物理和时间 人与人之间的距离通过全息成像，无缝连接人对人和人对机器的世界。 这些是一些6G技术和用例示例，而这 eBook简要介绍了每个主题。虽然不是所有这些示例将在6G中实现，他们将推动新技术 几十年来造福人类，提供互联智能，全球覆盖面、数字包容以及健康和安全的保证。 KPI和目标 每一代移动通信技术都会引入更新的关键性能指标（KPI）。图1展示了6G KPI与5GKPI的对比。鉴于6G仍处于初期阶段，有两个目标线：保守目标和雄心勃勃的目标。这两组目标均提供了对5G性能显著改进。仅通过蜘蛛图来展示KPI并不能完整呈现6G的目标。智能设备的趋势将持续下去。2010年代见证了无线芯片被集成到日常用品中，包括电子阅读器、健身追踪器 、水表和厨房电器。进入2020年代，这一趋势将不断深化。 将继续并扩展。6G的未来充满了智能设备，机器， 和机器人。5G发起了自动驾驶汽车，6G将以此为基础 在大规模范围内引入半自主和完全自主机器的工作，这一领域的发展将从根本上改变人类与机器互动以及机器与物理世界互动的方式。6G要求工程师以全新的方式解决技术和社会伦理问题。引入无线通信的社会偏见风险需要特别关注。 图1.比较5G和6GKPI的蜘蛛图 生态系统是真实的，可能会产生破坏性后果，例如不平等地访问无线通信。但是6G渴望改善 人类生活的质量。 构建未来性的赛博物理世界并非6G提升人类福祉的唯一途径。可持续性进步将带来改进。 提升人类生活质量。创造更加绿色且浪费更少的无线生态系统是6G的首要任务，并已取得显著进展。 重要的行业支持。重点领域包括: •减少运行网络所需的电量 •减少设备功耗 •减少由于创造新的装置和设备 •改进设备回收 6G用例 必须增加交通容量以处理设备的密度， 随着全球运营商继续部署5G，特别是随着用户采用数据需求旺盛的设备如增强现实设备，下一代技术的发展正持续进行。无线通信技术的开发工作正在进行中。其目标在于填充电子设备并提高定位精度，以实现对亚微米级别的检测。 前标准留下的空缺，并紧跟不断出现的厘米级距离，以准确波束形成或部署至用户。网络中消费者、工业和全球传感能力的技术和趋势。 在第三代合作伙伴计划（3GPP）尚未定义6G的情况下，主要的研究机构、网络设备制造商和运营商已经开始构建他们的愿望清单，针对这一领域进行布局。 6G的功能、关键性能指标(KPI)和目标。 除了严格的技术指标之外，还需要改进使蜂窝通信在业务和全球可持续发展 社区级别。智能通信必须保持基本覆盖范围，减少网络负载，并专注于特定的细胞或区域。以三大重点领域为中心的5G着重于动态满足移动网络需求，并实时构建网络切片以服务。宽带（eMBB）、超可靠低时延通信等领域特别关注。网络能耗影响运行成本。 (URLRC)与大规模机器类型通信(mMTC)。6G网络及其全球能源足迹和消耗。6G连接旨在使汽车车辆到一切(V2X)通信、辅助和自动驾驶、智能农业以及持续系统监控等其他领域活动可持续发展。此外，6G还必须满足网络安全需求。 将超越那些支柱。它将致力于构建一个更加全面、沉浸式的沟通网络结构，具备灵活调整以适应不同网络需求，从而达到各种性能目标的能力 ，同时努力降低成本、维护开销和服务时间。在整个6G生态系统中，关 键绩效指标（KPI）正成为下一代蜂窝通信技术的标准。目前的数据速率在单个吉比特每秒范围内，必须提升至数百吉比特每秒，甚至可能达到1000Gbps，以实现显著改进。全球范围内的覆盖必须无处不在。它需要在密集的城市区域和农村地区都能实现大规模扩展。 全覆盖网络。它必须启用跨层的优化安全性和零信任体系结构，可在分解或多供应商部署。 使用具有成本效益的基础设施或使用非地面网络缩小覆盖差距。 联合通信和传感 6G正在探索利用亚太赫兹和太赫兹频谱进行通信。这些频率下可获得宽广、连续的带宽资源，使其对于高数据吞吐量应用极具吸 引力。 JCAS有许多潜在的应用，在其最基本的层面上，它可以使用线性调频信号将距离信息返回到网络。在 在超过100GHz的频率下，距离计算的分辨率可以达到1厘米或更小（实际上，这种分辨率水平较为乐观，因为会受到其他物体的干扰）。工程师可以通过返回信号或芯片的延迟和多普勒位移来计算物体的速度。这些频率下的应用还有其他优势。如今，汽车雷达能够计算物体的速度。在76至81GHz的频率范围内运行，能够创建一个环境定位图，从而实现更精确的位置定位，并为6G网络提供空间监控。然而，该地图并不完整，需要视觉处理。其他成像应用，如机场的场景，同样依赖于类似的高精度定位技术。 在24.25至30GHz运行的安全扫描器使用毫米波（mmWave）频率。6G旨在利用毫米波信号在非电离成像方面的固有能力。亚太赫兹频段的宽带宽可能能够利用结合传统通信波形与更类似于雷达或信道测量的新波形。 因此，JCAS可以改善自动驾驶汽车的视野，使其能够 例如，在浓雾中航行。在公共安全领域，它可以在搜索和救援场景中帮助识别人类，通过提供目标的准确位置信息，提高救援效率和成功率。 燃烧的建筑。能够使用与高级成像和雷达设备相同的频谱进行通信具有两个额外的优势： 波形。通过将这两种类型的波形结合，可以构建子太赫兹信号的次接收机硬件。这•些使信这号些能不够同捕的获应环用境程成序像能信够息共以享及天通线和信信息，从而共享频谱。利用这一技术，即所谓的联合通信与感知（JCAS）。即使使用非子太赫兹信号，通过研究已知 特性，JCAS也是可能的。 波形以及它们如何通过基板变化。物理设备和频谱内部的空间是两个最有限的 无线生态系统中有限的资源，使JCAS成为重要的 6G的研究区域。 沉浸式远程呈现和虚拟和增强现实 大流行迫使人类进入新的生活方式和 共同努力。这强调了丰富而有意义的数字互动的价值。当前可用的2D视频通话已经使事情变得更加 像远程工作和学习可能，但它不能代替面对面互动。为远程呈现添加额外的维度是创造更真实的数字互动的第一步 随着相机技术和图形处理单元的进步，3D全息远程呈现的想法不再是科幻小说。 全息远程呈现要求 对象的大小+分辨率 颜色深度要求 全息图的块大小后处理扫描 Gbits：FUll视差需要更大的块 24位颜色 中需要的像素数 占用体积 tall0”6’ 20”wide 6G旨在建立一个能够满足 此应用程序需要高数据速率要求。而信号压缩可以帮助传输全息图像，量 创建逼真的全息图所需的数据是大量的。 低端估计启用全息所需的数据速率 电信为10Gbps，高端为1Tbps。图2显示了人类大小的全息图如何需要1Tbps的数据速率。 +减少的技术 斑点 每秒帧数 (fps) 5厘米：10Gbps* 25厘米：60Gbps* 180厘米：人体数据1Tbps 60fps为平滑运动 原始数据之前任何压缩 24帧和随机 相位O组 *X.Xu，Y.Pan，P.P.M.Y.Lwin和X.Liang，“3D全息显示及其数据传输 要求，“Proc.Int.Conf.Inf.光子。选择。通信，第1-4页，2011年。图2.人类大小的全息图所需的数据速率 低延迟并非沉浸式远程通信所必需。然而，很容易想象虚拟现实（VR）应用如何能够重用底层全息远程通信技术。除了声音和全息图像之外，触觉将使VR听起来、看起来和感觉起来更加真实。 现实。触觉和设备，如VR眼镜或护目镜需要低延迟和高带宽，让体验感觉准确，并 减少晕动症。在增强现实（AR）应用中，为了传输用户所见环境并叠加8K或10K的环境信息所需的闭环数据，上行链路和下行链路速度需要非常高。这些速度必须达到10或100Gbps以提供无缝的AR覆盖。娱乐应用场景，如视频游戏和音乐会，将会使用这项技术。行人导航和汽车导航等工具也会使用这种技术，它们面临各种密度或多普勒挑战。在诸如音乐会或充满行人的城市环境中等密集情况下，这些对数据需求量大的设备将推动频谱效率的需求。它们将 需要6G的新技术，例如超大规模多输入/ 多输出(MIMO)波束成形或分布式MIMO波束成形 capabilities.Thedevicesmustbereimaginedandwilllikelynotuse今天占主导地位的手机形式因素。 大规模孪生 创建高度精确的数字副本，即所谓的“数字孪生”，以及在大规模范围内实现这一目标的想法，在工业应用案例和游戏领域具有吸引力。 在行业中，大规模孪生将作为早期设计和技术开发以及测试和验证的工具。数字孪生在概念上类似于模拟器，但用户可以使用传感器和测量的实际世界数据进行更新。连接传感器的大规模普及将使数字孪生具有更高的准确度和动态性，能够改变并适应以反映真实世界的环境。数字孪生可以评估新技术，以便更好地理解性能，并在工程