歐洲6G時(shí)間表、目標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)（上篇）

（CWW）在未來(lái)十年中，6G將帶來(lái)一個(gè)新的時(shí)代。6G將處理更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，例如全息臨場(chǎng)感和沉浸式通信，并滿足更嚴(yán)格的要求。6G很可能是一個(gè)獨(dú)立的人工智能生態(tài)系統(tǒng)，它將逐步從以人為中心演變?yōu)橐匀撕蜋C(jī)器為中心。6G將帶來(lái)近乎即時(shí)且不受限制的完整無(wú)線連接。簡(jiǎn)而言之，6G將是未來(lái)人類社會(huì)的基礎(chǔ)之一。

5GIA（5G基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)會(huì)）在2021年6月發(fā)布《European Vision for the 6G Network Ecosystem》報(bào)告，內(nèi)容包括歐洲6G時(shí)間表、6G目標(biāo)和6G將改善5G的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)、6G架構(gòu)、6G關(guān)鍵技術(shù)等。本文翻譯相關(guān)部分內(nèi)容，供國(guó)內(nèi)同行參考。其中上篇介紹歐洲6G時(shí)間表、6G目標(biāo)和6G將改善5G的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)、6G架構(gòu)；下篇介紹歐洲6G關(guān)鍵技術(shù)。

（一）6G時(shí)間表

數(shù)字技術(shù)越來(lái)越被視為確保國(guó)家主權(quán)的關(guān)鍵和基本手段之一。安全可靠的歐洲6G基礎(chǔ)設(shè)施一方面有助于確保歐洲在關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)方面的主權(quán)，另一方面也有助于確保歐洲的主要價(jià)值觀，如隱私、信任、透明度、問責(zé)制、安全和社會(huì)利益得到考慮。與此同時(shí)，歐盟必須繼續(xù)與世界其他地區(qū)互動(dòng)，從社會(huì)和環(huán)境的角度促進(jìn)其價(jià)值觀的采納，并確保一個(gè)公平競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境，讓所有人都能希望有一個(gè)更美好的未來(lái)。

6G的標(biāo)準(zhǔn)化工作預(yù)計(jì)要到2025年才能開始。然而，ITU-T 2030年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重點(diǎn)小組（FG Net-2030）已經(jīng)在2020年發(fā)布了一系列有遠(yuǎn)見的文件，歐盟的幾個(gè)協(xié)會(huì)目前正在設(shè)計(jì)6G。例如，NetworldEurope發(fā)布了針對(duì)6G的新戰(zhàn)略和創(chuàng)新研究議程（SRIA），正如他們?cè)?G早期所做的那樣。該文件被視為將在歐盟委員會(huì)（EC）和歐盟私營(yíng)部門之間的智能網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)（SNS）合作范圍內(nèi)實(shí)施的技術(shù)基礎(chǔ)。最后，一系列由歐盟資助的研究項(xiàng)目最近開始應(yīng)對(duì)通往6G之路的挑戰(zhàn)，Hexa-X是旗艦項(xiàng)目，一些主要的私人信息和通信技術(shù)（ICT）公司也開始發(fā)布關(guān)于專注于6G的內(nèi)部項(xiàng)目公告。

歐盟以外的其他地區(qū)已經(jīng)開始定義自己的6G愿景。例如，在美國(guó)，Next G Alliance始于2020年，旨在通過(guò)私營(yíng)部門主導(dǎo)的努力提升北美移動(dòng)技術(shù)的領(lǐng)先地位。在中國(guó)，IMT-2030（6G）推廣小組成立于2019年，旨在推廣6G研究，搭建國(guó)際觀點(diǎn)交流平臺(tái)。在日本，政府最近宣布了一項(xiàng)70億日元的計(jì)劃，開發(fā)6G相關(guān)技術(shù)。韓國(guó)計(jì)劃在2026年啟動(dòng)6G移動(dòng)服務(wù)試點(diǎn)項(xiàng)目。

不同地區(qū)的研究和創(chuàng)新活動(dòng)框架正在開發(fā)Beyond-5G解決方案。例如地平線2020計(jì)劃的ICT-52-2020授予的一系列項(xiàng)目，其中Hexa-X是旗艦項(xiàng)目。預(yù)計(jì)這些早期經(jīng)驗(yàn)，以及最近觸發(fā)的其他行業(yè)倡議，如NGMN，將為促進(jìn)先進(jìn)6G解決方案開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)提供有價(jià)值的投入。值得注意的是，ITU-R剛剛成立了一個(gè)關(guān)于IMT到2030年及其后（6G）的愿景小組，目標(biāo)是在2023年底前完成其任務(wù)。

從3GPP標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的角度來(lái)看，現(xiàn)有5G解決方案中仍有需要完善的功能和能力，預(yù)計(jì)將在即將發(fā)布的3GPP Rel18中完成。到2025年，下一個(gè)版本預(yù)計(jì)將關(guān)注5G的發(fā)展，與6G的分析并行，最終關(guān)注正確的6G規(guī)范。如圖1是6G開發(fā)的總體路線圖。

至于5G NR NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)）路線圖，預(yù)計(jì)首批產(chǎn)品和技術(shù)的可用性將與3GPP Rel17的最終確定密切相關(guān)。因此，可以合理地假設(shè)，首批5G NR NTN系統(tǒng)可能在2023年底左右投入使用。然后，從傳統(tǒng)和現(xiàn)有的專有無(wú)線電協(xié)議（例如基于DVB）向3GPP協(xié)議的遷移將需要大約5-10年的時(shí)間。另一方面，更具革命性的NTN技術(shù)流，即瞄準(zhǔn)新的或部分探索的頻段（例如>50 GHz及以上太赫茲），將在更長(zhǎng)期內(nèi)得到利用，即2025年后。

圖1 6G開發(fā)的總體路線圖

（二）6G目標(biāo)

6G主要目標(biāo)包括：

（1）6G中物理世界、人類世界和數(shù)字世界的融合需要支持?jǐn)?shù)字孿生、沉浸式溝通、認(rèn)知和互聯(lián)智能

有了6G，我們應(yīng)該期望接近一個(gè)完全連接的世界，在這個(gè)世界中，物理世界在數(shù)字領(lǐng)域中被高度詳細(xì)地表示出來(lái)，在那里它可以被分析和處理。人類將被放置在中間被完全互聯(lián)。如圖2所示。

域之間系統(tǒng)的孿生。傳感器和執(zhí)行器可以緊密同步，實(shí)現(xiàn)城市、工廠甚至我們身體的數(shù)字孿生。這將實(shí)現(xiàn)豐富的數(shù)據(jù)挖掘和高效的控制，但必須確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

沉浸式溝通。人們可以通過(guò)數(shù)字域擴(kuò)展自己的感官。高分辨率的視覺/空間、觸摸觸覺/力觸覺和其他感官數(shù)據(jù)應(yīng)以高吞吐量和低延遲進(jìn)行交換，以創(chuàng)造身臨其境的體驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要將具有確定性端到端延遲的高吞吐量鏈路與新設(shè)備耦合。

認(rèn)知。僅在數(shù)字域?qū)⑷祟惐硎緸槲锢韺?duì)象是不夠的。了解他們的意圖、欲望和情緒也很重要。認(rèn)知將所有這些傳感器輸入與偏好、早期選擇以及例如一個(gè)人的情緒等知識(shí)結(jié)合在一起。

互聯(lián)智能。6G網(wǎng)絡(luò)將作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，提供低端到端延遲的高容量鏈路，并在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中提供安全的計(jì)算功能。受信任的人工智能功能可以在網(wǎng)絡(luò)中和網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。人和物理設(shè)備的虛擬表示可以在數(shù)字域中相互交換信息。每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都會(huì)帶來(lái)全新的應(yīng)用能力。在這方面，新的應(yīng)用前景，如傳感互聯(lián)網(wǎng)，將通信與傳感能力相結(jié)合，為連接系統(tǒng)提供了新的應(yīng)用前景。由于可能產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)的用例的多樣性，6G系統(tǒng)還必須在現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)，在本地整合分析和智能功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)可能來(lái)自大量傳感器的高數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)決策。互聯(lián)智能預(yù)計(jì)將成為6G系統(tǒng)的一個(gè)顯著特征，無(wú)論是為6G平臺(tái)的性能和效率服務(wù)，還是為其上運(yùn)行的垂直用例服務(wù)。同時(shí)，6G系統(tǒng)必須在多種關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用程序中處理大量數(shù)據(jù)，這就要求超高級(jí)別的安全性，同時(shí)尊重信任和數(shù)據(jù)隱私。

圖2 數(shù)字、物理和人類的融合

（2）可編程性是6G的核心

5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)引入網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，為支持大量終端設(shè)備和多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。歐洲6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案考慮：a）通信網(wǎng)絡(luò)與IOT設(shè)備的高效互通；b）分布式和高級(jí)邊緣計(jì)算解決方案的支持；c）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)更適合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的云支持（例如，使用基于服務(wù)/云原生架構(gòu)）以及收集和管理數(shù)據(jù)。此外，還應(yīng)通過(guò)公開無(wú)線設(shè)備的API來(lái)探索某種程度的用戶設(shè)備可編程性，從而實(shí)現(xiàn)空口的定制，而無(wú)需為每個(gè)用例標(biāo)準(zhǔn)化太多細(xì)節(jié)和/或加快新功能的上市時(shí)間。數(shù)據(jù)處理是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，AI和ML預(yù)計(jì)將發(fā)揮關(guān)鍵作用。

（3）6G需要支持確定性端到端服務(wù)

許多未來(lái)（分布式）遠(yuǎn)程控制和XR（觸覺互聯(lián)網(wǎng)）應(yīng)用程序需要在嚴(yán)格且確定的端到端延遲約束下運(yùn)行。通過(guò)使用模型預(yù)測(cè)控制（MPC），作用于一個(gè)或多個(gè)交互式移動(dòng)機(jī)器人設(shè)備的控制系統(tǒng)可以將其帶寬和延遲要求降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。隨機(jī)MPC也被證明是克服嚴(yán)格要求的有效措施。

（4）6G需要提供集成傳感和通信，從而實(shí)現(xiàn)高精度定位和高分辨率傳感服務(wù)

6G將擴(kuò)展到更高的頻率，并將采用大規(guī)模的天線陣列技術(shù)，這一趨勢(shì)始于5G系統(tǒng)。這些技術(shù)不僅將被用于提供無(wú)處不在的通信，還將被用于其他目的，尤其是感知環(huán)境（如太赫茲成像）和實(shí)現(xiàn)厘米精度定位。定位和感知將與通信共存，并在時(shí)間、頻率和空間上共享資源。在6G中，同步定位和測(cè)繪（SLAM）方法將實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的跨現(xiàn)實(shí)（XR）應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛車輛和無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航。

（5）6G將在可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮雄心勃勃的作用，以減少其在能源、資源和排放方面的足跡，并改善社會(huì)和工業(yè)其他部分的可持續(xù)性

區(qū)分可持續(xù)ICT和ICT促進(jìn)可持續(xù)性，如圖3所示?？沙掷m(xù)ICT技術(shù)旨在減少信息和通信技術(shù)在能源、資源和排放方面的足跡，本質(zhì)上確保信息和通信技術(shù)作為可持續(xù)社會(huì)的一部分發(fā)揮其作用。6G面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是打破能源曲線，即隨著流量的增加抑制能源消耗的增加。每個(gè)數(shù)據(jù)比特的能耗以及總能耗的KPI將是互補(bǔ)的。

ICT促進(jìn)可持續(xù)性定義了ICT可以通過(guò)6G提供連接性和智能，從而改變行業(yè)、社會(huì)等。其目的是最大限度地減少能源和資源消耗，減少排放，提高社會(huì)效益。

圖3 可持續(xù)性和ICT

（6）6G需要成為真正值得信賴的基礎(chǔ)設(shè)施，成為未來(lái)社會(huì)的基礎(chǔ)

6G將成為未來(lái)社會(huì)的基礎(chǔ)，提供a）隱私支持：提供網(wǎng)絡(luò)功能，以保持終端位置的私密性（例如，用于自動(dòng)駕駛）；b）設(shè)計(jì)上的可信度：隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)正在成為社會(huì)的主要基礎(chǔ)設(shè)施，我們必須確保所有網(wǎng)絡(luò)功能以及操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)都能得到持續(xù)的正式驗(yàn)證，從而構(gòu)建真正可信的6G網(wǎng)絡(luò)；c）社會(huì)公平：為了確保所有人都能加入6G世界，必須為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供覆蓋。6G基礎(chǔ)設(shè)施的總能耗必須回到4G水平。

（7）為了確保6G能夠包容全世界所有人，它需要可擴(kuò)展且價(jià)格合理

為了確保6G能夠覆蓋全世界的所有人，它需要價(jià)格合理、可擴(kuò)展、覆蓋所有地方。實(shí)現(xiàn)價(jià)格合理且可擴(kuò)展6G系統(tǒng)的一種方法是確保該系統(tǒng)是全球性的，即全球使用相同的系統(tǒng)。除了全球標(biāo)準(zhǔn)之外，6G的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也很重要。隨著更高頻率的使用，將需要越來(lái)越多的基站來(lái)覆蓋所有地方。只有在降低這些基站的成本以進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下，才有可能大幅增加微微蜂窩的數(shù)量。最后，移動(dòng)設(shè)備也必須價(jià)格合理。在只需要基本功能（如傳感器）的情況下，應(yīng)提供低成本設(shè)備。

（8）6G需要顯著延長(zhǎng)5G現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)的KPI

在過(guò)去十年中，我們看到移動(dòng)數(shù)據(jù)流量每年增長(zhǎng)50%到100%。沒有理由認(rèn)為未來(lái)十年移動(dòng)數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)會(huì)放緩?？梢灶A(yù)期，隨著新應(yīng)用和服務(wù)需求的不斷增加，連接設(shè)備（傳感器、連接的汽車、家用設(shè)備、人體攝像頭等）的數(shù)量將持續(xù)增加。這意味著6G必須滿足比5G大100倍到1000倍的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量。

尤其值得關(guān)注的是，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的這種增長(zhǎng)不能導(dǎo)致能源消耗的類似增長(zhǎng)。為了使6G的能耗與5G相當(dāng)，每個(gè)終端、基站、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的總能耗必須降低，每個(gè)傳輸和處理的數(shù)據(jù)能效需要隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)而提高。

未來(lái)十年最大的承諾之一是沉浸式通信、全息臨場(chǎng)感和AR/VR將成為我們默認(rèn)的通信方式。人們普遍認(rèn)為，這種沉浸式體驗(yàn)的理想質(zhì)量要求每只眼睛有8K的視頻分辨率。為了支持此類應(yīng)用，預(yù)計(jì)6G必須提供高達(dá)10 Gbits/s的最終用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)速率。

移動(dòng)設(shè)備數(shù)量的增加并不一定意味著移動(dòng)設(shè)備密度的增加。然而，6G可能會(huì)使用更小的單元，其中設(shè)備密度可能更高。6G應(yīng)支持每平方米最多10臺(tái)設(shè)備的峰值密度。此外，當(dāng)每個(gè)設(shè)備的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增加時(shí)，所需的容量也會(huì)增加。對(duì)于帶有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡的體育場(chǎng)觀眾或辦公室地板上的工作站等場(chǎng)景，將需要150Tpbs/km2的容量，這是5G容量需求的10倍。

圖4概述了6G的主要目標(biāo)，以及6G將改善5G的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)。

圖4 6G主要目標(biāo)

（三）6G架構(gòu)

6G架構(gòu)應(yīng)該足夠靈活和高效，以便能夠輕松集成所有功能，即網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)合通信和傳感、非地面網(wǎng)絡(luò)和地面通信，包括新型人工智能支持的使能器以及本地和分布式計(jì)算能力。在網(wǎng)絡(luò)中的任何地方使用人工智能都是有益的，即“人工智能無(wú)處不在”原則，將用于提高網(wǎng)絡(luò)性能。

在6G階段，預(yù)計(jì)端到端基于服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SBA）可以通過(guò)所有平面和端到端擴(kuò)展到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，包括CN、RAN和終端，允許更大的部署和操作靈活性，以便于子系統(tǒng)集成和可擴(kuò)展性。

迄今為止，移動(dòng)系統(tǒng)的演進(jìn)可分為兩個(gè)不同的方面：基礎(chǔ)設(shè)施的演進(jìn)；實(shí)際移動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)的演進(jìn)。如圖5所示。

圖5 6G作為智能服務(wù)執(zhí)行平臺(tái)

（1）基礎(chǔ)設(shè)施演進(jìn)

預(yù)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)施將朝兩個(gè)方向發(fā)展：

a）基礎(chǔ)設(shè)施中的資源類型多樣化。從經(jīng)典物理節(jié)點(diǎn)和專用硬件加速器到虛擬實(shí)例。

b）虛擬化范圍及其功能的擴(kuò)展。基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化和可編程性預(yù)計(jì)將擴(kuò)展到所有可用資源，從CN傳播到RAN，包括基站、節(jié)點(diǎn)和終端。此外，未來(lái)的虛擬化應(yīng)該具有融合功能，即它應(yīng)該能夠最終突破單節(jié)點(diǎn)虛擬化的界限，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫多節(jié)點(diǎn)或子系統(tǒng)虛擬化。

這兩個(gè)方向?qū)⒂锌赡軐⒛壳肮潭ǖ男畔⒑屯ㄐ偶夹g(shù)基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌愋唾Y源的動(dòng)態(tài)組合。未來(lái)的資源將更加異構(gòu)（包括計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)），應(yīng)理解為潛在瞬態(tài)（虛擬/物理、穩(wěn)定/不穩(wěn)定、有電/電池驅(qū)動(dòng)/無(wú)電、靜止/移動(dòng)等），并分散在物理域邊界（遠(yuǎn)程/本地）和相關(guān)部署維度。在縱向上，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間的無(wú)縫資源共享和協(xié)調(diào)，例如陸地和NTN、傳輸和計(jì)算域、數(shù)據(jù)中心和RAN、用戶終端和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)等，同時(shí)保證它們的獨(dú)立開發(fā)和演進(jìn)。

總的來(lái)說(shuō)，未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)使用的基礎(chǔ)設(shè)施本身將是靈活的按需供應(yīng)。

（2）移動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)

未來(lái)的移動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)本身將受到新的服務(wù)需求和預(yù)期的新功能影響，以及來(lái)自底層可編程彈性系統(tǒng)的推動(dòng)。我們預(yù)計(jì)在用戶層面上會(huì)出現(xiàn)新類型的功能（尤其是用戶計(jì)算功能、服務(wù)提供商和最終用戶的人工智能相關(guān)API、定位、傳感和定向API）。未來(lái)的移動(dòng)系統(tǒng)，包括所有平面，將作為一組微服務(wù)運(yùn)行。

實(shí)際的移動(dòng)系統(tǒng)將越來(lái)越像是在可編程基礎(chǔ)設(shè)施中執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序。通過(guò)使用高級(jí)編程語(yǔ)言、編譯器和解釋器，我們希望基于意圖的服務(wù)需求和約束表達(dá)式能夠轉(zhuǎn)化為基于微服務(wù)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分配。

（3）5G和6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)差異

在6G中，我們期望直接整合從網(wǎng)絡(luò)到計(jì)算和傳感的不同資源。因此，我們將范圍從RAN和CN擴(kuò)展到終端和數(shù)據(jù)中心，并堅(jiān)持對(duì)6G系統(tǒng)進(jìn)行全面、端到端的資源感知。通過(guò)這種方式，功能和服務(wù)可以在需要時(shí)作為微服務(wù)提供，同時(shí)確保完全可靠的服務(wù)。表1總結(jié)了5G和6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之間的主要差異。

表1 5G和6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)差異

關(guān)鍵詞： 通信世界網(wǎng) 人工智能 數(shù)字孿生