6G应提前思考布局

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6G网络是什么?很显然,它是未来5G应用的升级版。然而,5G网络的应用是不断发展变化的,未来6G网络的应用仍需要不断探索。典型6G应用有哪些?目前,业界讨论比较多的6G愿景主要集中在以下3个方面——数字孪生数字孪生首先将物理世界中的实体进行建模,然后将模型映射到虚拟世界中,从而展现对应实体的全生命周期过程。数字孪生可应用于众多领域。例如,目前数字孪生在工业生产中已经实践应用,人体数字孪生和数字孪生城市等也将有所突破。数字孪生基于物理世界能够生成一个数字化的孪生虚拟世界,通过引入人工智能(AI)和大数据分析,可以进行多领域大量的物理模型建立、信息数据处理、多维度综合结果推演等。这将对基础通信系统的传输速率、实时性和连接规模提出新的挑战。同时,网络系统也将借助网络模块的数字孪生体进行网络性能的优化。扩展现实(XR)与全息通信作为5G的重要应用场景之一,虚拟现实(VR)与增强现实(AR)将在6G时代全面演进到XR。得益于新的显示技术、传感和成像设备,以及低功耗专用处理器的飞速发展,可穿戴设备将使物理现实扩展到数字空间。此外,借助XR技术,全息3D投影技术可广泛应用于各个领域,例如医疗、娱乐、教育和工农业生产。基于物理环境的捕捉和虚拟世界的高保真度,全息XR将与AI、分布式云计算紧密结合,以满足无线网络的高性能需求——高传输速率、低时延、高可靠和高精度定位。全域万物智联在未来,6G频谱将扩展到太赫兹。在覆盖的广度上,6G将借助卫星通信、无人机通信等空中运载网络,以及新空口技术等手段,来实现空、天、地、海全域无缝覆盖的通信网络和人、机、物全球业务层面的广域智能连接。因此,6G网络需要与计算进行深度融合,以完成海量异构网络的融合接入和全时频空域资源的分配协作,进而满足6G空天地海与人机物全域无缝覆盖通信对智慧连接、泛在连接和安全连接的需求。从5G网络与应用角度看6G云网边端融合成为发展趋势在5G时代,高速率和低时延是网络的主要技术特征,它们使无线接入的分量在整个移动通信网络中变得更重。这促进了移动边缘计算的发展,使业务的产生、处理和应用都可以在本地完成,而不再仅仅依靠遥远的集中单元。在6G应用中,接入侧的影响也会越来越深远,业务应用的速率和时延要求会越来越高,移动边缘计算的作用也会更加凸显。同时,随着业务应用对网络性能要求的不断提高,管道化的网络显然不能有效支撑业务应用的发展。因此,我们必须对网络形态和参数的改变与业务应用进行整体考虑,以满足在接入侧边缘云、网、应用融合的现实需求。云、网、用的融合不仅可以在统一的基础设施上同时实现基础网络能力、计算能力、业务处理能力,实现网络对业务应用的有效支持,还可以基于业务属性对网络形态或者技术参数进行调整。然而,当前5G网络所使用的云计算基础设施仍然存在过于沉重、效率较低的问题。为实现云网融合的发展目标,业界需要重视这一问题,并在技术推进上共同努力。在接入侧网络与计算能力提升的同时,未来很多终端的能力可以进一步简化。一些基础性的通用业务支持能力(比如未来先进的音视频处理等)都可以卸载到边缘计算平台上,从而简化终端实现环节,降低业务实现难度和运营成本。届时,6G网络将在接入侧发展成云、网、边、端、用融合的一体化网络。支持垂直应用的网络能力增强在移动通信系统中,独立分隔的上下行链路通过频分双工(FDD)或者时分双工(TDD)实现双向通信。在理论上,虽然空中接口的物理资源在上下行链路间的分配比是可以灵活配置的,但是在工程实践中,这些分配比一旦被设定就很难改动。这是因为改动可能带来严重的系统内或者系统间干扰,导致整个网络的性能降低,甚至瘫痪。在过去,人们仅考虑移动互联网业务应用,用户基本都是以下行速率为主,不存在动态调整资源配比的需求。然而,在进入5G时代以后,各种垂直应用的业务具有与互联网完全对立的特性,这些业务不再以下行速率为主,例如高清视频直播、视频质量检测、视频监控等。这种情况就需要改变上下行的资源配比。全双工技术成为一种有效的技术手段,可以用来提供服务。因此,我们可以将全双工技术与上下行资源配比的动态调整结合起来,以灵活满足上行业务量的需求。应用场景扩展目前,5G和5G增强技术的演进主要围绕增强移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)、超可靠低时延通信(uRLLC)三大应用场景进行。然而,随着各类垂直应用的不断丰富,增强网络组合特性将是下一个重要的技术演进方向。组合特性的演进可以使5G三大场景扩展为6个,甚至更多,以形成多边形的应用场景。这些典型的组合演进方向主要包括:(1)eMBB与uRLLC组合。这种组合可以满足高速率、高可靠环境的应用需求,比如XR类业务。(2)eMBB与mMTC组合。这种组合可以满足密集场景下的高速数据需求,比如智慧工厂和智慧城市环境中的视频传感器。(3)mMTC与uRLLC组合。这种组合可以满足工业控制过程中控制单元的信息传递需求。这些不同场景的组合技术有助于人们探索6G初期的技术路线和相关技术指标,为实现未来万物智联提供良好基础。无线接入网络架构的演进虽然5G网络在单位比特上的功耗远远低于4G网络,但是由于工作频段的关系,覆盖同样区域5G网络的基站数量是4G基站的数倍,网络的整体功耗却远高于4G网络。此外,目前5G网络并不能带来明显高于4G的业务收入。很显然,这样的发展是不可持续的。6G时代无线网络的工作频率将向着更高的工作频段推进。传统的集中化组网方式将面临更大的挑战。因此,我们必须探索新型的无线网络架构,而不是在原有网络的基础上进行简单叠加。值得一提的是,在集中化组网架构的基础上,与分布式组网模式的结合可以降低链路损耗,提高能量效率和频谱效率。当然,这一过程会不可避免地遇到基础设施和业务疏导方面的问题。因此,我们需要关注如何在多频段、多空口的环境下构建能够进行业务疏导的统一架构。无线网络开放化在全球运营商和制造商的共同努力下,无线网络白盒化、开放化逐步成为一个热门话题。虽然很多非技术因素使这个技术的研究本身变得十分敏感,但是面对垂直应用的需求,白盒化/软硬解耦的解决方案无疑具有广阔的市场前景。垂直应用的场景强调的是服务提供快速、架构灵活可变、网络能力完全开放、网络与服务定制化等。这些都不是传统产品的强项,而是对传统产业的新挑战。正视这一挑战并使之形成自主可控的优势是我们的努力方向之一。云、网、边、端融合的6G网络6G网络架构将以网络与计算的深度融合为引擎,突破传统针对个人通信设计的移动网络架构瓶颈,从云、网、边、端、用的协同与融合的角度整体考虑,实现全频域、全场景、全业务的灵活适配与资源协同,最终实现一体化的网络架构目标。多层次深度融合6G网络凭借强大的AI与大数据分析计算,将成为集云、网、边、端、用于一体的计算型、数据型网络。这种一体化的6G网络涉及以下几个层次的融合:网元融合、资源协同、端云协同、边缘AI和内生安全。网络对业务的适配针对不同的业务需求,保障用户体验是6G通信系统需要解决的核心问题。一方面,移动通信网络内部存在对基于业务QoS感知的智能精细化资源适配的需求,而5G网络的整个QoS机制仍旧存在一些问题,例如:业务区分颗粒度较粗,优化调整的周期较长,空口资源配置无法灵活适配网络与业务的实时动态变化等。另一方面,移动网络侧与业务传输侧割裂,导致业务在数据传输网络的传输无法与移动侧的网络能力较好地实时匹配,造成用户体验的下降。因此,6G网络一方面需要针对基于业务QoS智能感知的端到端通信机制(包括端到端各协议层的新型通信协议和各协议层智能业务感知的协同优化机制),实现端到端通信网络与应用传输能力的一致性,减小端到端通信中的短板对用户体验的负面影响;另一方面需要实现业务应用与网络能力的深度融合,在端到端通信的各个节点引入人工智能与机器学习,借助数字孪生来辅助网络能力和资源与业务需求的精准调配,在安全机制内建立精准测量、快速反馈与智能预调整的机制,真正做到端到端通信的网随业动。* * *根据移动通信产业发展周期的特点,业界预期在2030年左右可以实现6G商用。目前,移动通信产业尚处于5G商用和6G研究的初级阶段。现阶段聚焦于面向6G网络架构的构建具有重要意义。我们从5G网络出发,探讨6G的技术发展路径和网络架构,并阐述云、网、边、端、用深度融合的一体化网络。我们相信,6G网络将逐步经历概念成形、技术方案明晰、标准规范制定等过程,在成为协同、融合、一体化的网络后,将以新的架构形态来满足多频谱、全覆盖、全应用的网络要求。

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