高能效物理层技术设计

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绿色 6G 的空口物理层技术需要更多的考虑以能效为优化目标的演进，需要信源编码、信道编译码，调制解调、多址接入、波形、MIMO 等在高能效目标牵引下的新的设计和优化，同时考虑技术之间的高效耦合，例如信源信道联合编码，多址和波形的联合设计等。


在信道编码方面，新的 6G LDPC 码的设计将面向行并行或者全并行译码器，需要在性能、功耗、灵活性、成本等多个方面取得全面最优。在波形和调制方面，可以考虑支持超宽带 1GHz、超高频 THz 或亚 THz（71GHz~1THz）、低 PAPR 的新波形，单载波 QAM、单载波 OFDM 和多载波OFDM 是潜在的候选方案。另外，概率成形调制技术可进一步提升高阶调制的链路性能，这些调制技术将有效地提升每比特能效。


在多址方面，海量连接的物联网将有助于基于免调度的非正交多址技术的广泛应用。该技术可以提升系统可承载的最大用户数目，并可以明显降低网络能耗。在双工方面，全双工技术允许下行传输和上行传输使用相同的时频资源，理论上系统的比特能效可以翻倍。全双工技术将面临一系列干扰问题，包括：下行传输和上行传输存在的自干扰，基站间的互干扰以及终端间的互干扰，大规模天线的干扰消除技术至关重要。


至简的信令流程和协议是绿色 6G 空口能效的另一重要特征，免授权传输技术在 6G 中将持续演进以应对新的挑战。此外，同步、切换等在内的移动性管理也需要在 6G 进行简化设计以降低网络和终端的功耗。
空载和低负载时，传统网络中的公共信号，如同步信号、系统消息和寻呼消息等，占空口近 30%的开销。单频段时在负荷满足条件时通过减少公共信号的传输比例以降低基站能耗，多频段时业务主要在主频段内传输，这意味着较少公共信号传输，网络能耗将大幅降低。


AI/ML 在 6G 空口的应用将延伸到包括信道编译码、调制解调、波形和多址接入、MIMO 和接收机在内的更多领域，以实现谱效和能效的双提升。此外，除了物理层，AI/ML 还可以使能 6G 智能 MAC，实现高效的频谱利用、信道资源分配、QoS 管理、链路自适应、功率控制、干扰管理等，实现业务特征与网络能耗的匹配，提升网络能效。


未来 6G 网络将融合通信、感知、AI、计算等多种能力于一体，因此对底层硬件处理器的高性能、低功耗要求越来越高。近年来，业界在新型材料、器件和实现架构上有较大进展，通过这些器件技术的应用，希望助力无线网能效提升 5 倍以上。除制程的不断提升外，芯片架构改良也可以改善功耗。近年来，越来越多基站逐步采用 FPGA 作为加速器，与通用中央处理器相结合，以提高处理效率与灵活性。但 FPGA 是一种静态的、细粒度的、可重新配置的计算架构，功耗并不理想。CGRA 是一种时空域计算架构，具有许多并行计算资源，由数据流驱动，性能比 CPU 高。同时，CGRA 的硬件资源可以通过切换配置来重组，配置数据和配置时间比 FPGA 小，可在计算过程中完成，从而实现了性能与灵活性的平衡。

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