浅谈6G网络的性能和体系框架

标签:RF射频6G
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6G网络的发展将依托于一系列的潜在使能技术。这些技术主要从结构、链路、空域、流域、推理、计算六个维度进行考量,包括自法自动网络、智能三维连接、智能大规模天线阵、按需网络拓扑、按需网络计算、超硅计算与通信等。
 
6G
 
在自治自动网络架构方面,6G网络不仅需要支持智能化、自动化和服务化的系统网络架构,以实现软件定义智能、编排与管理,如认知网络、服务架构、全自动生命周期管理、CPS与数字孪生网络。同时,还需要支持智能无线电、智能覆盖与智能演进的无线网络架构,以确保服务的编排、管理、拓扑、部署、覆盖、空口、天线等连接。
 
智能无线电是指软件定义的无线信道,通过无线链路与其传播特性的分离,实现有线通信质量或超过有线通信质量的无线连接。智能覆盖是指终端与小区分离,虚拟小区为终端服务,小区边缘不再存在。智能演进是指独立的无线网络功能演进,任何动态操作可支持AI处理,网络拓扑可依据服务需求灵活选择与改变。因此,6G自治自动网络架构将成为各项6G网络使能技术的融合基础。
 
智能三维连接是指空、天、地、海一体化全频段智能通信连接,支持人与人通信、人机合作通信与机器通信,支持MHz到THz频率范围,支持2G/3G/4G/5G等地面网络(TN)与非地面网络(NTN)融合组网。这里的NTN是指地上/水下无人机、半静止空中平台、飞行器、低/中/高/同步地球轨道卫星等组成的非地面通信网络。
 
智能三维连接主要面临的技术挑战包括:全频段频谱管理,包括NR/IOT-NTN空口演进、通信与传感集成,THz与可见光通信,厘米级高精定位等多制式空口设计等。同时还需要解决多制式和谐物理层共存设计、远距高随机接入与时频偏移补偿技术、高谱效大连接多址技术等问题。此外,无线资源与干扰管理、高速移动性管理、业务与终端服务连续性、确定性及其通信技术等也是需要解决的重点问题,尤其是满足一个或一组特定业务需求(如谱效、能效、成本效率、可靠性、时延与抖动)的智能连接策略。
 
在智能大规模天线阵方面,依据空间自由度达到三维连接链路优设计要求的智能天线阵技术是实现的关键。这包括能量有效的大容量多用户MIMO即MU-MIMO技术,超大规模天线阵列智能波束管理技术,以及以终端为中心的分布式MIMO技术等。其主要应用场景包括城市密集街区高频覆盖、大谷量(MU-MIMO能效改进)、室外到室内连续覆盖、高频段高速移动无损切换等。此外,还有可能应用于人造无线信道环境的创建。该技术的挑战在于空间效率与链路性能的联合优化,以及如何设计出具有高增益低损耗的智能天线面板。同时,网络级多天线的灵活部署策略和智能MIMO算法设计也是需要解决的关键问题。
 
按需网络拓扑则是指根据服务和连接需求来灵活选择或改变网络部署形态与密度。这包括TN-NTN接入与回传集成、本地网状网、灵活组播与多跳技术、动态路径选择等。其应用场景包括跨行业数字基础设施综合服务平台以及本地部署的CPS或数字栾生等确定性传感通信服务平台。主要挑战在于如何实现数据/意图驱动的智能拓扑,包括网状网(MESH)、组播、多跳策略等,以及如何设计出灵活的无线接入网或虚拟小区(即用户为中心的服务小区)。此外,智能端到端网络切片的设计也是需要解决的关键问题,包括业务与用户资源需求预测与分配等。
 
按需网络计算是指6G网络智能代理、算力与算法技术。这包括神经网络、增强学习等深度学习算法以及全局与本地AI分层技术和AI空口设计与AI芯片技术等。其应用场景包括物理层自动调制解调与信道编译码、无线高精定位等。主要挑战在于云边端混合联邦AI架构的设计以及网络全局与本地的AI集成问题。同时还需要解决多个AI代理目标对准的问题以及可解释AI算法设计等问题。此外,标签数据自助获取和训练与测试误差降低也是需要解决的关键问题。

超硅计算与通信是指一系列先进的计算和通信技术,包括后摩尔计算或人脑启发计算技术、新型计算方法如计算存储技术、神经形态计算、量子计算等,以及基于新型二维/三维材料的计算技术如石墨烯和碳纳米管。此外,三维异质集成、多芯片结构与高速互联技术,环境无线能量采集技术,极近距高人体无线通信或液态分子通信,以及人体大脑与计算机或云接口技术等也属于超硅计算与通信的范畴。这些前沿技术可能需要纳入6G演进网络框架中进行可行研究,例如利用分子通信和脑云接口等微观三维连接技术。
 
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