2024年6G通感算智融合技术体系白皮书（1.0）

6G通感算智融合技术体系白皮书1.0 （2024年） 编制单位：中国移动通信集团有限公司、中关村泛联移动通信技术创新应用研究院、中信科移动通信技术股份有限公司、中兴通讯股份有限公司、上海诺基亚贝尔股份有限公司、维沃移动通信有限公司、OPPO广东移动通信有限公司、中国南方电网有限责任公司、中国中车集团有限公司、中国铁路通信信号集团有限公司 · 前言 本白皮书旨在提出针对6G驱动力、典型场景与技术需求、设计目标与原则、端到端技术体系等方面的思考，希望能够为产业在6G网络架构设计及关键技术布局时提供参考和指引。 本白皮书的版权归中国移动及未来产业合作伙伴所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 目录 1、6G的驱动力1 1.1新业务和新场景的驱动1 1.2超大带宽与新频谱需求1 1.3通感算智技术融合趋势2 1.45G网络面临问题与挑战3 2、典型场景与需求5 2.16G愿景与需求5 2.2国内共识5 2.3国际共识5 2.3.1典型场景6 2.3.2技术需求6 3、行业技术扫描8 3.1国际6G技术研发情况8 3.2国内6G技术研发情况9 4、6G的整体定位和宏观认识11 4.1设计目标11 4.2技术特征12 4.3设计原则13 4.3.1架构设计原则13 4.3.2空口设计原则15 4.4技术框架16 4.4.1使能关键技术16 4.4.2技术选择过程19 5、重点布局方向20 5.1网络架构领域20 5.1.1新型网络架构20 5.1.2内生安全29 5.1.3空天地一体31 5.1.4网络数字孪生33 5.2无线组网领域35 5.2.1多维异构组网35 5.2.2网络协作通感38 5.3无线通信领域39 5.3.1智能空口39 5.3.2E-MIMO40 5.3.3智能超表面41 5.3.4新型物联与多址41 6、总结及展望43 单位简称对应表44 参考文献45 1、6G的驱动力 1.1新业务和新场景的驱动 “数字孪生、智慧泛在”成为未来社会发展的愿景，由此将催生出更多与移动通信密切相关的全新应用场景，包括全息交互、感知互联、智能交互、数字孪生人等。从这些业务和应用场景的需求可以看出，未来网络的设计需要考虑如下需求[1,2]： 业务与应用的需求更加多样化和碎片化； 网络覆盖需要更加立体，以满足不同场景间的无缝切换和业务连续性； 交互形式与内容更加多样化，用户需要获得更加沉浸式的体验； 业务趋向定制化和个性化，需要端到端网络具备按需灵活编排与配置的能力，支持个性化的业务定制； 通信、计算、感知、大数据、AI和安全等需要进行一体融合设计，更高效和灵活地支持不同场景对各种能力的要求。 如上可以看出，新业务与新场景需求是5G及演进网络无法全部满足的，因此需要6G网络进行变革性的设计，支持按需服务、内生AI、内生安全、全域覆盖及极致性能[3-6]。 ITU-R将6G的典型应用场景从5G的增强移动宽带、超可靠低时延通信、海量机器类通信三大场景拓展到沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接六大场景，并对6G网络的十五项关键能力提出了新的要求[7]。不管是从典型应用场景还是关键能力指标来看，6G网络都超越了传统通信网络的范畴，将实现通信、感知、计算、人工智能、大数据和安全等多要素的一体融合。 1.2超大带宽与新频谱需求 面向未来网络，业务量的增长及极致用户体验需要超大带宽资源。为支持6G沉浸式体验、全息通信等新业务场景的百Gbps峰值速率及Gbps级用户体验速率，同时满足较5G网络2-3倍频谱效率提升、亚毫秒级空口时延等性能需求，未来网络需要超大带宽的支持。例如，随着XR业务不断向沉浸式、实时交互等方向发展，用户体验速率需支持Gbps级，且对上行数据速率也提出更高要求；全息通信将实现人、物及周边环境的三维动态交互通信，用户体验速率可达几十Gbps，传输动态全息图包含的大量数据所需的峰值速 率可达Tbps量级，空口时延小于亚ms级等。IMT-2030频谱组的分析表明，结合新业务和新场景类型，折算6G频谱的带宽需求约为：6GHz以下的室外宏覆盖，需要带宽1.87GHz；7-86GHz的室外热点覆盖，需要带宽19.65GHz；太赫兹以下的室内热点覆盖，需要带宽 36.37GHz[8]。 现网已分配频谱无法满足未来网络新业务和新场景的超大带宽需求。结合中国移动现网频段与使用情况分析，即使将2/3/4G现网频谱的225MHz全部重耕，仍无法满足新业务和新场景的超大带宽需求，且全球低中频段未分配频谱难以形成连续大带宽资源。为兼顾广覆盖与大容量需求，可考虑使用能提供400MHz及以上连续带宽的6GHz （5925-7125MHz）作为主力覆盖频段，并同步做好与卫星频段干扰协调。目前，工业和信息化部发布的新版《中华人民共和国无线电频率划分规定》已将6GHz的上半段 （6425-7125MHz）的全部或部分频段用于IMT（国际移动通信，含5G/6G）系统，这一决定在全球范围内率先实施，旨在为中频段提供大带宽优质资源，以满足5G或未来6G系统的部署需求，并发挥现有中频段5G全球产业的优势[9]。 6G可面向更高频段开辟新频谱以获取超大带宽，如毫米波、太赫兹和光谱（包含可见光、红外）等。太赫兹通常指频段0.1~10THz（波长为30～3000μm）的电磁波，有约10THz候选频谱；可见光通常指频段380~790THz（波长约为380～790nm）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。太赫兹和光谱都具有超大带宽特点，易于实现超高速率通信，但空间传输损耗很大，仅适用于在局域和短距离通信等特定场景中提供大容量和高速率传输[10]。因此，高频段可以作为中低频道的补充使用，比如Sub-7GHz及以下的低中频段资源提供网络主力覆盖，毫米波、太赫兹与可见光等高频段按需开启，在局域和短距离通信场景中作为容量提升和覆盖扩展的补充。 1.3通感算智技术融合趋势 6G是通信、感知、计算、AI、大数据、安全等技术深度融合，空天地一体全域覆盖的新一代移动通信网络，呈现出极强的跨学科、跨领域发展特征。 通感互联要求网络架构支持将通信能力与感知能力融合提供，拓展传统通信能力的维度。感知能力是6G网络除传统通信能力之外的一项全新能力，6G基站能够对覆盖区域的目标进行状态监测，同时还可能对天气、自然环境状态、城市立体构造等实时测量感知；终端将升级成为可以对人、物以及其他终端进行动作、状态感知的智能设备。通感一体将赋予6G网络对物理世界实时感知的能力，在网络和算力的共同支持下对感知目标进行实时信息采集和处理分析。 通感网络数据量的急剧膨胀,要求网络具有高计算效率、强隐私保护、快实时性等计算特征,即具有坚实的算力底座。通信能力与计算能力融合一体，要求以移动网络能力及基础设施为基础，并基于网络架构与算力资源共同组成的开放式、服务化的算网基础设施，实现从传统的面向用户的连接控制，到面向计算任务的算网一体融合控制、高性能计算执行。 AI技术将成为6G网络的内生能力，从而助力6G网络适配更多应用场景。因此，AI技术对6G网络的支持能力和演进能力也提出严苛的要求，应用于未来网络中的AI技术必须具备自身演化能力和较高程度的自我优化能力。 安全可信护航6G成为数字化的基座，与行业深度融合，对安全可信提出了更高的要求。应从基础设施、信息网络、数字内容等层次加强通信网络安全能力，深入到终端、网元、组网方面，防患未然，构筑安全可信的网络空间。 1.45G网络面临问题与挑战 为解决碎片化场景问题，5G已经开始尝试拓展网络能力，例如,为不同行业客户单独打造“优专尊”服务，通过边缘计算（MEC）等方式提供AI、计算、数据等网络能力，但5G网络仍面临业务适应能力差、资源利用率低、网络功耗高、运维复杂低效、服务化设计不够彻底等问题与挑战。 业务适应能力差 5G网络产品形态难以满足行业客户定制化需求。面向万物互联的发展愿景，5G网络定义了eMBB、uRLLC、mMTC三类应用场景，同时引入了移动边缘计算和网络切片等新特征，以适配差异化和碎片化的行业应用需求。但实际上，行业应用场景对网络能力的要求往往超越了传统通信的范畴，用户希望从5G网络按需获得高精度定位、大数据、计算和AI等能力，但传统的面向2C的单一5G网络产品形态，难以满足面向2B的行业客户定制化需求，解决方案提供商需要针对行业客户个性化需求进行定制化的产品开发，存在研发周期长、成本高、业务保证能力弱等问题。 资源利用率低 5G网络设备通常都按照满容量配置，导致硬件处理能力的闲置。在5G网络建设中，无线网的成本约占整个网络成本的70%以上，核心网的成本占比则不到20%。核心网以集中化的方式部署，其能力根据用户需求来配置。无线网络的覆盖扩展是以基站为单位进行，并通过多个基站的组网实现全网的覆盖，但每个基站的配置一般都是按照网络规划所需的最大能力进行软硬件配置，导致网络建设成本高。对于移动通信网络，每个基站的业务负荷是随着时间动态变化的，呈现出明显的“潮汐效应”，基站间的负载存在 显著差异，20%的基站是重载的，而80%的基站是轻载的，导致网络资源利用率低。 网络功耗高 能耗是网络设计需要关注的重点。5G引入了大带宽（如2.6GHz的5G部署带宽为160MHz）和大规模天线技术，导致5G网络的绝对能耗大幅度提升，尽管单个基站的数据传输能力的显著提升带来单比特能耗大幅度下降，但绝对能耗的增加成为5G网络运营的重要挑战。针对这一问题，业界提出了多种基站节能解决方案，包括使用更高工艺降低芯片成本，对业务负载进行预测以利用AI算法自动生成节能策略，实现小区关断、载波关断、射频通道关断和符号关断等，可带来整网约15%能耗的降低。但每种节能策略都有其特定的应用场景，且对网络质量带来不同程度的影响，一定程度上限制了5G网络的节能效果。 运维复杂低效 目前的网络管理和运维效率仍然较低。5G网络的运维复杂性来自多个方面，包括基站的大规模部署、5G与4G/3G系统的互操作、5G与4G网络的动态频谱共享、数百个参数的配置、基于SDN/NFV的核心网、网络切片、垂直行业多样化业务需求等。运营商已使用AI和大数据来支持智能网络运营，然而AI与实际问题相结合的能力仍有很大的提升空间，其原因主要包括5G网络中的AI能力主要以外挂式、嫁接式引入网络，单一的AI技术无法满足网络的多样化需求，流程编排难度大，运维人员需要人工编码开发不同场景的AI应用，耗时耗力。此外，由于网络缺乏系统的、智能化的数据采集能力，以及现有网络设备的开放性限制，网络中的数据难以有效共享，AI用例的应用效果难以达到预期，且仅能应用于非实时的场景，导致AI的处理能力大打折扣。 服务化设计不够彻底 以服务化架构（SBA：Service-basedArchitecture）为代表的5G架构已全面走向商用，5G架构的创新性变革，被公认是具有前瞻性和必要性的，为5G能够高效的响应千行百业个性化需求提供了有利的基础架构支撑。但是随着商用部署的不断深入，也呈现出服务化机制尚未普及到所有网元的问题。服务化架构设计通过优化网元的结构，使其具备更加灵活、高效、简洁的服务，为后续敏捷迭代、灵活组合提供便利，但也带来一些挑战：一方面，原子化服务需要优化，受到兼容2G-4G网络互操作的影响，部分服务尚存耦合性，导致新特性、新服务的加入会波及已有服务；另一方面，服务化机制尚未普及到所有网元，致使此类网元仍被传统接口绑定，不利于敏捷网络目标的实现。 2、典型场景与需求 2.16G愿景与需求 2019年5月，在国际电子与电气工程师协会（IEEE）举办的国际通信大会（ICC） 上，“感知泛在、智能泛在、数字孪生”为特征的通信4.0理念被首次提出，为业界开展6G研究提供了重要方向。 2019年11月，全球合作伙伴大会上发布的《2