隨著5G逐漸走進(jìn)千家萬戶，成為全球標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，研究人員必須集中精力開發(fā)下一代通信技術(shù)，即第六代通信技術(shù)6G。按照歷史的經(jīng)驗(yàn)來看，無線通信技術(shù)幾乎是每十年升級(jí)一代。所以研究者們認(rèn)為，大約在2030年6G技術(shù)將面世。

近日，芬蘭奧盧大學(xué)發(fā)布了全球首個(gè)6G白皮書《KEY DRIVERS AND RESEARCH CHALLENGES FOR 6G UBIQUITOUS WIRELESS INTELLIGENCE》(6G無線智能無處不在的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)與研究挑戰(zhàn))，從七個(gè)方面全方位分析6G的驅(qū)動(dòng)因素 、 研究需求 、 挑戰(zhàn)和問題等。

01 6G的社會(huì)和商業(yè)驅(qū)動(dòng)力

5G技術(shù)的開發(fā)滿足了消費(fèi)者和工業(yè)界對(duì)網(wǎng)速的需求和，并使物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的重要性日益提高。5G的技術(shù)成功依賴于許多領(lǐng)域的新發(fā)展，并將為更多的設(shè)備和用戶提供更快的數(shù)據(jù)速率。

6G將需要一種更加全面的方式來確定未來的通信需求，并采用更大的樣本來確定6G的要求。包括確定未來社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，需求和挑戰(zhàn)，以及塑造我們未來世界的全球力量，避免僅由商業(yè)驅(qū)動(dòng)來發(fā)展。盡管5G的發(fā)展是由一系列垂直行業(yè)的需求決定的，但重點(diǎn)仍然是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商所驅(qū)動(dòng)。

6G將推出超高效的短距離連接解決方案，該解決方案可能由市場(chǎng)上的新參與者推動(dòng)，在傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商之外產(chǎn)生新的生態(tài)系統(tǒng)。

包括聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)在內(nèi)的社會(huì)驅(qū)動(dòng)因素將塑造6G。

社會(huì)和商業(yè)驅(qū)動(dòng)因素將越來越多地影響著6G的發(fā)展，如下圖所示，包括政治，經(jīng)濟(jì)，社會(huì)，技術(shù)，法律和環(huán)境(PESTLE)驅(qū)動(dòng)因素。為確保智慧城市服務(wù)和城市化的利益得到合理分配，政策需要確保所有人都能獲得基礎(chǔ)設(shè)施和社會(huì)服務(wù)，重點(diǎn)是城市貧困人口和其他弱勢(shì)群體對(duì)住房、教育、醫(yī)療保健、工作和安全環(huán)境的需求。未來的6G架構(gòu)將促進(jìn)數(shù)字包容性和可訪問性，并釋放農(nóng)村經(jīng)濟(jì)價(jià)值和機(jī)會(huì)。

降低整體網(wǎng)絡(luò)能耗的高能效是6G的一個(gè)關(guān)鍵要求。在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中材料的合理選擇、使用和回收利用可以降低成本，有助于將網(wǎng)絡(luò)連接擴(kuò)展到偏遠(yuǎn)地區(qū)，并以可持續(xù)且更節(jié)省資源的方式提供網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限。

學(xué)術(shù)界已對(duì)通信電磁波(包括移動(dòng)電話和基站)可能對(duì)健康造成的影響進(jìn)行了廣泛的研究。迄今為止進(jìn)行的所有研究均表明，暴露于低于ICNIRP(1998)EMF指南建議的限值(覆蓋0-300 GHz的整個(gè)頻率范圍)不會(huì)產(chǎn)生任何已知的不利健康影響。6G技術(shù)的引入將引發(fā)進(jìn)一步的研究以進(jìn)行更好的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

▲政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)、法律和環(huán)境對(duì)6G的影響

在可預(yù)見的將來，由于長(zhǎng)期頻譜許可，目前用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的較低頻段(低于4 GHz)預(yù)計(jì)將保持穩(wěn)定并由運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)。然而，6G時(shí)代，針對(duì)室內(nèi)環(huán)境和室外城市空間的超高效短距離網(wǎng)絡(luò)的新頻段將變得很普遍。

這些本地網(wǎng)絡(luò)將針對(duì)具有特殊需求的垂直市場(chǎng)，并將由不同的利益相關(guān)者進(jìn)行部署，從而向新的參與者、新的投資者和新的生態(tài)系統(tǒng)開放。建立多個(gè)重疊的超密集網(wǎng)絡(luò)將很快變得不可行，并將導(dǎo)致不同的利益相關(guān)者在一個(gè)設(shè)施內(nèi)部署單個(gè)網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)于多個(gè)用戶組和服務(wù)。

通過軟化和網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化以及接口的開放，共享經(jīng)濟(jì)概念將不僅用于高層平臺(tái)業(yè)務(wù)層，而且還將廣泛用于網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)層。像網(wǎng)絡(luò)中立性法規(guī)辯論一樣，與流量?jī)?yōu)先級(jí)相關(guān)的挑戰(zhàn)仍在繼續(xù)。頻譜訪問權(quán)，網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)資源，設(shè)施和客戶所有權(quán)的變化將導(dǎo)致多種組合，因?yàn)椴煌脑O(shè)施將具有不同的要求。在所有利益相關(guān)者的共同努力下，頻譜的全球統(tǒng)一仍將是一個(gè)需要解決的挑戰(zhàn)。

6G將比迄今為止所見的任何事物更深入地滲透到社會(huì)和人們的生活中。這將是非常復(fù)雜的，除了通訊還涉及數(shù)據(jù)收集，處理和無處不在的智能。為避免過高的運(yùn)營(yíng)成本，將在具有高度自動(dòng)化水平的云技術(shù)上運(yùn)行6G軟件。這將需要監(jiān)管方面的進(jìn)步。

▲本地運(yùn)營(yíng)商的驅(qū)動(dòng)力

作為一種共享經(jīng)濟(jì)，未來的6G生態(tài)系統(tǒng)將改變現(xiàn)有角色，并引入新的玩家，從而形成下圖所示的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。雖然預(yù)計(jì)運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)在5G中將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，但未來的6G連接解決方案將由新的市場(chǎng)參與者驅(qū)動(dòng)。下圖的中間四邊形顯示了代表來自人和機(jī)器用戶的不同需求和利益相關(guān)者，這些利益相關(guān)者特定于不同垂直領(lǐng)域的公共部門或企業(yè)，將提供滿足需求范圍所需的資源。

在決策者設(shè)定的監(jiān)管框架下，由利益相關(guān)者的不同角色提供物理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(設(shè)施，站點(diǎn))，設(shè)備和數(shù)據(jù)。需求和資源通過匹配/共享的利益相關(guān)者角色聚集在一起，包括不同類型的運(yùn)營(yíng)商(本地或垂直特定運(yùn)營(yíng)商，固定運(yùn)營(yíng)商，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商)，資源代理以及各種服務(wù)/應(yīng)用程序提供商 /安全提供商。

▲未來6G生態(tài)系統(tǒng)的利益相關(guān)者

總體而言，與當(dāng)前的移動(dòng)業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)相比，預(yù)計(jì)6G中的玩家角色將發(fā)生變化，并且將出現(xiàn)全新的角色?？梢灶A(yù)期，上文分析的主要驅(qū)動(dòng)因素將從根本上改變生態(tài)系統(tǒng)，并為6G中的各種玩家?guī)硇碌臋C(jī)會(huì)。最后，新的6G生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)和形態(tài)將取決于促進(jìn)或阻礙這些發(fā)展的法規(guī)。

研究者們主要關(guān)注的問題：

1、6G的社會(huì)需求是什么?

2、如何對(duì)6G玩家及其生態(tài)系統(tǒng)配置進(jìn)行分類?

3、在6G共享經(jīng)濟(jì)中，基于平臺(tái)的生態(tài)系統(tǒng)商業(yè)模式將是什么樣的?

4、在未來的6G系統(tǒng)中，人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)如何改變基于平臺(tái)的生態(tài)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)模型和服務(wù)?

5、6G響應(yīng)社會(huì)需求所需的最低可行法規(guī)是什么?

6、如何開發(fā)新的機(jī)制和商業(yè)模式來支持偏遠(yuǎn)地區(qū)的訪問?

02 6G使用案例和新設(shè)備形式

盡管智能手機(jī)已成為我們生活中不可或缺的一部分，但新顯示技術(shù)，傳感和成像設(shè)備以及低功耗專用處理器的飛速發(fā)展將迎來一個(gè)設(shè)備與感官無縫連接的新時(shí)代。VR、AR和混合現(xiàn)實(shí)(MR)技術(shù)正在合并到混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)(XR)中，該技術(shù)包含可穿戴的顯示器以及產(chǎn)生并保持感知錯(cuò)覺的交互機(jī)制。

XR體驗(yàn)很可能由輕巧的眼鏡提供，它們以前所未有的分辨率，幀速率和動(dòng)態(tài)范圍將圖像投射到眼睛上。此外，將通過耳機(jī)和觸覺界面反饋其他感覺。必要的支持技術(shù)包括：

1)成像設(shè)備，例如光場(chǎng)，全景，深度感應(yīng)和高速相機(jī);

2)用于監(jiān)視健康狀況(例如心率，血壓和神經(jīng)活動(dòng))的生物傳感器;

3)設(shè)備或周圍網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中用于計(jì)算機(jī)圖形，計(jì)算機(jī)視覺，傳感器融合，機(jī)器學(xué)習(xí)和AI的專用處理器;

4)無線技術(shù)，包括定位和傳感。

傳感和成像設(shè)備可以捕獲我們的整個(gè)生活經(jīng)歷以及詳細(xì)的物理環(huán)境，而虛擬世界的保真度則不斷提高。這些進(jìn)步與分發(fā)計(jì)算的需求結(jié)合在一起(因?yàn)橛?jì)算需求超過了諸如眼鏡之類的小型設(shè)備)突顯了無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)性能的需求。

幾個(gè)世紀(jì)以來，人們一直在尋找遠(yuǎn)距離或者真實(shí)感受的方法。從信件，電報(bào)，電話到視頻聊天，我們對(duì)遠(yuǎn)程通信和交互的期望不斷發(fā)展。遠(yuǎn)程呈現(xiàn)作為實(shí)際旅行的替代品，隨著以下支持技術(shù)的空前發(fā)展，最終成為現(xiàn)實(shí)：高分辨率成像和傳感，可穿戴顯示器，移動(dòng)機(jī)器人和無人機(jī)，專用處理器以及下一代無線網(wǎng)絡(luò)。

通過實(shí)時(shí)捕獲，傳輸和渲染會(huì)議中每個(gè)參與者的3D全息表示，或通過圖形表示(例如化身)和傳感器捕獲的移動(dòng)數(shù)據(jù)的組合來實(shí)現(xiàn)存在感。XR設(shè)備會(huì)產(chǎn)生感知上的錯(cuò)覺，這些設(shè)備會(huì)讓地理上分散的人群獲得位于同一位置的感受。

即使存在遠(yuǎn)程呈現(xiàn)，隨著人口和全球化的增長(zhǎng)，人員和貨物的流動(dòng)仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2030年及以后的世界，數(shù)百萬聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛汽車或?qū)⒁圆煌潭鹊膮f(xié)調(diào)性運(yùn)行，以使運(yùn)輸和物流盡可能高效。這些車輛可能包括自動(dòng)駕駛汽車，以及可以運(yùn)送貨物的自動(dòng)駕駛卡車或無人機(jī)。到2030年，預(yù)計(jì)在線消費(fèi)者購(gòu)物將在發(fā)達(dá)國(guó)家占主導(dǎo)地位，這需要將數(shù)百萬個(gè)包裹從倉庫運(yùn)送到各個(gè)家庭。

效率不僅對(duì)于提高全球生產(chǎn)率很重要，而且對(duì)于減少化石燃料的消耗實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)也很重要。安全比效率更為迫切：隨著自動(dòng)駕駛汽車的使用增加，對(duì)人類的傷害也不應(yīng)增加。實(shí)際上，目標(biāo)應(yīng)該是減少當(dāng)今運(yùn)輸和物流網(wǎng)絡(luò)造成的全球人員傷亡率。傳感器，傳感器融合和控制系統(tǒng)的進(jìn)步不斷提高安全性，但這是以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)需求為代價(jià)的。

未來網(wǎng)絡(luò)中的每輛車都將配備許多傳感器，包括相機(jī)，激光掃描儀，可能用于3D成像的THz陣列，里程表和慣性測(cè)量單元。算法必須快速融合來自多個(gè)來源的數(shù)據(jù)，并在考慮本地生成的當(dāng)前周圍環(huán)境地圖，在該環(huán)境中的位置，有關(guān)其他可能導(dǎo)致人身傷害的其他車輛，人員，動(dòng)物或建筑物的信息的同時(shí)，快速?zèng)Q定如何控制車輛碰撞或受傷。還必須開發(fā)接口，以警告乘客或主管注意潛在風(fēng)險(xiǎn)，以便采取適當(dāng)措施避免發(fā)生事故。為了使車輛網(wǎng)絡(luò)高效，安全地運(yùn)行，無線網(wǎng)絡(luò)除了具有低延遲和高帶寬外，還必須提供超高的可靠性。

研究者們主要關(guān)注的問題：

1、下一代XR系統(tǒng)的功能、性能和人機(jī)工程學(xué)需求是什么?

2、在未來的XR系統(tǒng)中，如何在不同的組件之間分配計(jì)算資源和數(shù)據(jù)?

3、如何為下一代XR設(shè)備定義和測(cè)量基于人類感知的體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)標(biāo)準(zhǔn)?

4、下一代網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備能為人們之間的互動(dòng)提供哪些新機(jī)會(huì)?

5、自動(dòng)駕駛車輛在通信可靠性和交通安全方面需要考慮哪些因素?

03 6G頻譜和KPI目標(biāo)

用于開發(fā)當(dāng)前和新興5G技術(shù)的許多關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)對(duì)6G也有效。但是，必須對(duì)KPI進(jìn)行嚴(yán)格審查，并且必須認(rèn)真考慮新的KPI。對(duì)于技術(shù)驅(qū)動(dòng)的KPI，一些領(lǐng)先的供應(yīng)商已經(jīng)發(fā)布了6G要求的初始草案，如下圖所示。

▲由學(xué)術(shù)界和工業(yè)界在不同的論壇提出的一般的6G目標(biāo)

在大多數(shù)技術(shù)領(lǐng)域中，超越5G(B5G)和6G的目標(biāo)再次表明，與先前的移動(dòng)蜂窩一代升級(jí)相一致，各自的功能提高10-100倍。

下圖中列出了一些潛在的6G KPI，包括先前討論的技術(shù)KPI。

▲最初的6GKPI

預(yù)計(jì)未來的無線網(wǎng)絡(luò)將支持各種各樣的有時(shí)相互沖突的要求。預(yù)計(jì)6G將成為第一個(gè)要求超高速鏈路的無線標(biāo)準(zhǔn)，其每個(gè)鏈路的峰值吞吐量超過每秒兆比特(Tbps)。

6G用例(例如無線工廠自動(dòng)化)將需要非常復(fù)雜的操作，例如具有超高可靠性和超低延遲的通信，高分辨率本地化(在厘米級(jí)別)和高精度設(shè)備間同步(在1 μs內(nèi))。預(yù)計(jì)6G可靠性和等待時(shí)間要求會(huì)因具體情況而異。最極端的一種是工業(yè)控制，其中十億個(gè)傳輸位中只有一個(gè)錯(cuò)誤位具有0.1 ms的延遲。

我們可以預(yù)見，對(duì)于6G，數(shù)據(jù)流量和連接物的數(shù)量將大大增加。設(shè)備密度可能會(huì)增長(zhǎng)到每立方米數(shù)百個(gè)設(shè)備。這對(duì)面積或空間頻譜效率以及連接所需的頻帶提出了嚴(yán)格的要求。

安全性，隱私性和可靠性是重要的新興KPI。

6G將需要高度安全，以滿足工業(yè)和高端用戶的苛刻要求，同時(shí)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用而言，其成本要低且復(fù)雜度要低。

對(duì)于未來的網(wǎng)絡(luò)，將需要更寬的無線電帶寬，但只能在亞THz和THz頻段找到。該頻譜的利用帶來了許多挑戰(zhàn)，但也帶來了機(jī)遇。因此，盡管6G還將利用較低頻率上的所有現(xiàn)有和未來頻帶作為移動(dòng)蜂窩大面積覆蓋的推動(dòng)力，但無線電硬件研究將主要集中在該頻譜領(lǐng)域。超高效的短距離連接解決方案將是6G的關(guān)鍵，而6G是未來更高頻段可以發(fā)揮作用的領(lǐng)域。

分子吸收對(duì)路徑損耗具有重大影響，尤其是在距離較長(zhǎng)時(shí)(在高達(dá)400 GHz的頻率下約為1…10 dB / km)。但是，對(duì)于本地連接而言，與自由空間損耗相比，影響仍然很小，并且可以將THz無線電頻譜劃分為500 GHz以上的大氣吸收峰之間的有利頻譜窗口。除技術(shù)界限外，在對(duì)無線電頻譜進(jìn)行分類時(shí)，還應(yīng)考慮各種材料的滲透和表面的反射。

▲光譜窗口，自由空間損失和水汽吸收的影響距離為10米

下圖給出了可用于5G和6G的頻帶的基本特性。應(yīng)注意的是，從30 GHz開始進(jìn)入THz區(qū)域時(shí)，自由空間損耗的增加非常小。如果天線面積保持恒定，則通過增加天線增益來補(bǔ)償自由空間損耗。而不是自由空間的損失，較高頻率的缺點(diǎn)是RF硬件的復(fù)雜性和并行性增加，并且波束寬度減小，這在移動(dòng)應(yīng)用中產(chǎn)生了信號(hào)采集和波束跟蹤的問題。

▲5G和6G頻譜

當(dāng)前許多物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景都受范圍，成本和電池限制，無法輕易擴(kuò)展到更高的頻率。相反，諸如傳輸全息視頻之類的數(shù)據(jù)速率密集型方案要求帶寬即使在當(dāng)前的毫米波頻譜中也不可用。需要根據(jù)子帶的吸收和反射特性來安排THz頻譜的頻譜利用，以優(yōu)化通信和其他應(yīng)用的使用和重用。

具體而言，在支持多種應(yīng)用的方案中，必須通過仔細(xì)的頻率規(guī)劃來防止諧波產(chǎn)物的重疊。由于弱信號(hào)檢測(cè)中的靈敏度是關(guān)鍵瓶頸之一，因此在頻率調(diào)節(jié)中應(yīng)優(yōu)先考慮采取預(yù)防措施。

研究者們主要關(guān)注的問題：

1、如何評(píng)估和量化聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)KPI指標(biāo)?

2、對(duì)于6G通信應(yīng)用而言，什么是合適的無線電信道模型?是否有可能統(tǒng)一從GHz到THz的整個(gè)范圍的模型?

3、在100 GHz以上的商用頻段需要什么可行的頻段?需要哪些技術(shù)?

4、數(shù)據(jù)隱私和安全的適當(dāng)指標(biāo)是什么?

5、未來頻譜分配和相關(guān)政策的真正需求是什么?

04 無線硬件的進(jìn)展和挑戰(zhàn)

首批5G設(shè)備將工作在6 GHz以下的頻帶中，并在固定無線接入到毫米波中。用于5G研究的新硬件技術(shù)的重點(diǎn)主要是在毫米波頻段上采用新頻譜，首先是在24-40 GHz范圍內(nèi)，然后逐漸提高到100 GHz載波頻率。要為移動(dòng)用戶啟用毫米波，仍需要進(jìn)行大量研究，包括在非視距(NLOS)環(huán)境中靈活地進(jìn)行多光束采集和跟蹤的硬件和算法。大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)天線實(shí)現(xiàn)的能效仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

由于較高的路徑損耗，因此需要額外的天線增益，并且通信需要利用通過相控陣實(shí)現(xiàn)的定向鏈路。塊狀互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)和CMOS絕緣體上硅(SOI)技術(shù)可提供足夠的性能，并滿足使用片外天線的大多數(shù)應(yīng)用的要求。與射頻集成電路(RFIC)相比，天線元件仍然很大。硅鍺雙極CMOS(BiCMOS)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，尤其是在接近和超過100 Gbps數(shù)據(jù)速率和100 GHz載波頻率時(shí)。

當(dāng)載波頻率進(jìn)一步提高到1 Tbps鏈路速度時(shí)，定向發(fā)送和接收的作用就變得更加明顯。同時(shí)，在高于100 GHz的頻率上使用CMOS晶體管變得更加困難。一方面，繼續(xù)探索CMOS技術(shù)支持100 GHz以上頻率的潛力仍然是有益的。另一方面，新的或有時(shí)是常規(guī)的但性能更好的硬件技術(shù)，例如硅鍺(SiGe)或磷化銦(InP)，可以在更大范圍內(nèi)利用頻譜，并改善RF性能。電子硬件的物理和技術(shù)邊界以及傳播的基本定律都會(huì)成為瓶頸，或者至少會(huì)減慢其發(fā)展速度。

100 GHz以上的短波長(zhǎng)和更寬的可用帶寬將實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)定位和3D成像和傳感的成像和雷達(dá)應(yīng)用之前所未見的角度和測(cè)距精度。因此，應(yīng)該以前所未有的規(guī)模一起研究超高速低成本通信和高級(jí)傳感系統(tǒng)的硬件需求，范圍和機(jī)會(huì)。

無線電解決方案所需的物理空間將隨著頻率的增加而大大減少：在250 GHz頻率下，一個(gè)1000天線的天線陣列將適合不到4平方厘米的區(qū)域。當(dāng)前的移動(dòng)設(shè)備的表面積可以容納數(shù)萬個(gè)天線。與相應(yīng)的天線相比，這將導(dǎo)致新的挑戰(zhàn)，集成電子設(shè)備將變得越來越大。為了達(dá)到良好的通信或感測(cè)范圍而需要的大型天線陣列將導(dǎo)致筆形波束異常狹窄。通過將消息僅指向正確的目標(biāo)，它們可以提供更好的安全性，但是同時(shí)它們也容易發(fā)生對(duì)齊錯(cuò)誤。

最大的挑戰(zhàn)可能與能耗有關(guān)。在低速率傳感應(yīng)用中，需要具有能量收集功能的零能量，獨(dú)立式無電池解決方案。另一方面，毫無疑問，需要寬帶處理的最苛刻的愿景和出乎意料的應(yīng)用將要求大大提高電源效率。

物理定律和利用它們的相關(guān)技術(shù)所施加的限制也將使新一代6G無線技術(shù)成為可能。當(dāng)信號(hào)處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)速率和所利用的載頻接近主流和負(fù)擔(dān)得起的技術(shù)的基本極限時(shí)，模擬和數(shù)字信號(hào)處理中晶體管的速度就成為一個(gè)問題。

大規(guī)模通信的成功基于CMOS，在最苛刻的RF規(guī)范中，還基于BiCMOS的半導(dǎo)體技術(shù)，該技術(shù)不斷降低了每項(xiàng)功能的成本，并提高了模擬和數(shù)字處理的速度。這個(gè)假設(shè)在將來仍然有效嗎?由于即使在硅內(nèi)部，接口的速度也成為主要的瓶頸，尤其是在CMOS中，因此較小的晶體管提供的增加的速度不容易獲得。

納米級(jí)技術(shù)的更有限的功率傳輸能力進(jìn)一步挑戰(zhàn)了這一點(diǎn)，這導(dǎo)致了信號(hào)處理所有階段中并行性的提高。不利的熱效應(yīng)，低擊穿電壓和有限的電池容量是通向Tbps通信方式的明顯障礙。但是，要想完全替代硅技術(shù)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，要擴(kuò)展主流技術(shù)的使用的所有機(jī)會(huì)都需要從器件到收發(fā)器架構(gòu)的進(jìn)一步研究。

一個(gè)天線元件的尺寸將變小，因?yàn)榧词乖谳^低的THz頻率下，陣列元件之間的半波長(zhǎng)距離也將達(dá)到數(shù)百微米-這種尺寸可將天線陣列集成到硅片中。隨著天線元件的尺寸變得小于相關(guān)的電子設(shè)備，將需要采用新的收發(fā)器架構(gòu)方法。為了避免成千上萬的帶有天線元件的并行收發(fā)器前端，基于透鏡的先進(jìn)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)揮重要作用。

材料屬性和有害的寄生效應(yīng)通常會(huì)隨著頻率的增加而變差。因此，當(dāng)前的焦點(diǎn)集中在優(yōu)于CMOS的硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)上。此外，更快的III-V半導(dǎo)體技術(shù)(例如磷化銦)值得更多關(guān)注。從鏡頭到數(shù)字技術(shù)的各種技術(shù)的包裝和集成面臨的挑戰(zhàn)是關(guān)鍵的研究問題之一。光子學(xué)是THz領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，也是用于高速接口的解決方案，是6G的可行技術(shù)。隨著所謂的太赫茲(THz)差距不斷縮小，電子和光學(xué)器件為超高速接口和可見光通信帶來了互補(bǔ)的機(jī)會(huì)。這是6G領(lǐng)域中與特定但廉價(jià)的光學(xué)組件和系統(tǒng)解決方案進(jìn)行短距離鏈接的機(jī)會(huì)。

研究者們主要關(guān)注的問題：

1、在所謂的“THz間隙”周圍，電子和光學(xué)技術(shù)如何融合并專門用于不同的應(yīng)用?

2、硅基技術(shù)在THz/Tbps系統(tǒng)中表現(xiàn)良好嗎?還需要哪些其他技術(shù)?

3、在頻率遠(yuǎn)高于100ghz的情況下，如何才能實(shí)現(xiàn)足夠的輸出功率和可操控的天線陣列，用于10米以上的通信和傳感?

4、可調(diào)天線和其他射頻解決方案能在100 GHz以上的頻率下實(shí)現(xiàn)嗎?機(jī)器學(xué)習(xí)能幫助解決這個(gè)問題嗎?

5、THz區(qū)域如何能同時(shí)滿足通信、傳感、物質(zhì)檢測(cè)和成像的相互需求?

05 物理層和無線系統(tǒng)

沒有任何一種解決方案可以滿足所有垂直應(yīng)用程序的需求。巨大的系統(tǒng)需求，例如大規(guī)模的寬帶，超可靠的低延遲通信(URLLC)，大規(guī)模的機(jī)器類型通信(mMTC)和極高的功率效率，意味著將需要許多解決方案。需要逐案優(yōu)化系統(tǒng)，并且必須重新定義不同用例之間的兼容性。

當(dāng)前的5G新無線電(NR)網(wǎng)絡(luò)尚未能夠滿足現(xiàn)有和新興URLLC要求的所有苛刻設(shè)計(jì)需求，例如超高可靠性，超低延遲，超安全網(wǎng)絡(luò)。因此，我們研究了未來物理層和無線系統(tǒng)的前景。除了地面網(wǎng)絡(luò)，還需要基于衛(wèi)星和無人飛行器(或類似的空中平臺(tái))的基礎(chǔ)設(shè)施來滿足覆蓋范圍和容量要求。

當(dāng)與數(shù)據(jù)爆炸以及越來越多的數(shù)據(jù)在小型設(shè)備中打包和處理這一事實(shí)結(jié)合在一起時(shí)，能源和功耗就變得特別具有挑戰(zhàn)性。同時(shí)，收發(fā)器處理和最終用戶應(yīng)用程序的復(fù)雜性可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致過多的能源消耗，而無需在所有層上進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì)以提高能效。

要滿足所有已確定的挑戰(zhàn)性要求，就需要具有可配置無線電的超靈活網(wǎng)絡(luò)。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)將與無線電感測(cè)和定位一起使用，以了解無線電環(huán)境的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)組成部分。僅以此為例，這將用于預(yù)測(cè)高頻下的鏈路丟失事件，主動(dòng)確定密集城市網(wǎng)絡(luò)中的最佳切換實(shí)例并確定基站和用戶的最佳無線電資源分配。未來的無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠與地面，衛(wèi)星和機(jī)載網(wǎng)絡(luò)無縫連接?？梢姽馔ㄐ攀窃谑覂?nèi)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)Tbps數(shù)據(jù)速率的關(guān)鍵推動(dòng)力。

需要新的空中接口使能器，并且必須開發(fā)新的空中接口使能器以滿足這些要求。多數(shù)要求廣泛使用ML和AI算法，以改善空中接口的時(shí)變性能。語義通信的概念(利用消息的含義使連接和聯(lián)網(wǎng)更有效)是與語義AI緊密相關(guān)的重要的新興研究領(lǐng)域。一個(gè)重要的問題是，對(duì)于給定的環(huán)境和一組特定的要求，是否可以使用AI快速設(shè)計(jì)最佳的空中接口。這表明AI啟發(fā)了空中接口。但是，它們的真實(shí)性能，特別是實(shí)際使用案例中的功率和能源效率是一個(gè)開放的研究問題。

▲未來無線的挑戰(zhàn)

6G系統(tǒng)要擴(kuò)展5G開始的趨勢(shì)，就必須靈活地啟用mMTC用例，在支持高功率效率的同時(shí)，支持大量低功耗和低復(fù)雜度的設(shè)備。這些需求對(duì)物聯(lián)網(wǎng)特別苛刻，其中設(shè)備偶爾會(huì)生成短數(shù)據(jù)包，并且資源分配的開銷可能超過實(shí)際的信息交換。

基于適當(dāng)協(xié)議設(shè)計(jì)并依靠連續(xù)干擾消除的現(xiàn)代隨機(jī)訪問解決方案可能成為該方向的關(guān)鍵推動(dòng)力。實(shí)際上，已經(jīng)在某些衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)中采用了這些標(biāo)準(zhǔn)，它們被證明可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定訪問的性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)真正的無贈(zèng)款方法。此外，現(xiàn)代的隨機(jī)訪問協(xié)議利用物理層和MAC層的聯(lián)合設(shè)計(jì)來提高可達(dá)到的吞吐量。這些對(duì)于短距離連接解決方案，即在非蜂窩域中可能是有用的。

為了從這種緊密的集成中充分受益，應(yīng)該考慮數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及前向糾錯(cuò)設(shè)計(jì)。必須注意調(diào)制方案的選擇，對(duì)于有限的信道狀態(tài)知識(shí)以及將5G信道編碼選項(xiàng)擴(kuò)展到短而低速率的數(shù)據(jù)包而言，調(diào)制方案必須具有魯棒性。

為了實(shí)現(xiàn)比特率的增強(qiáng)性能，將需要使用非常高的星座調(diào)制。然而，這些高階星座對(duì)傳輸介質(zhì)中的非線性敏感。用于正交幅度調(diào)制(QAM)的信號(hào)整形可能能夠克服其中一些挑戰(zhàn)。信號(hào)整形分為兩種：幾何的和概率的。幾何和概率QAM星座整形都有望在光學(xué)和太赫茲無線通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的高比特/秒/赫茲/極化。

事實(shí)證明，正交頻分復(fù)用(OFDM)對(duì)于寬帶連接非常有效。較早前也提出了在60 GHz下具有大于500 MHz帶寬的超寬帶(UWB)系統(tǒng)的多頻帶OFDM版本。當(dāng)傳輸帶寬達(dá)到極限時(shí)，例如數(shù)百GHz頻段上的幾GHz甚至幾十GHz，傳統(tǒng)的收發(fā)器設(shè)計(jì)就會(huì)開始失敗，并且多載波調(diào)制無法像當(dāng)前技術(shù)那樣工作。相反，將需要更強(qiáng)大的模擬調(diào)制方案。

未來的光學(xué)無線通信可能依賴于量子密鑰分發(fā)(QKD)方案，該方案可以提供一些獨(dú)特的物理層安全性功能，從而為某些6G應(yīng)用和使用案例啟用所需的超安全網(wǎng)絡(luò)。QKD提供了一種在兩個(gè)用戶之間分發(fā)密鑰的安全方法。這樣，通過量子力學(xué)而不是復(fù)雜的計(jì)算確保了保密性。此外，在6G中可能會(huì)使用通過物理層簽名(例如RF指紋)和某些其他技術(shù)(例如MIMO傳輸系數(shù)的隨機(jī)化，編碼等)的身份驗(yàn)證。

總體網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)級(jí)能效，特別是每焦耳的位數(shù)，需要顯著提高以支持6G的要求。這需要優(yōu)化無線電資源，以便系統(tǒng)地設(shè)計(jì)發(fā)射能量和所需處理能量之間的受控平衡。該方法要求以節(jié)能的方式進(jìn)行編碼，調(diào)制，發(fā)送和接收處理以及功率和頻率分配。此外，終端甚至在低功耗IoT節(jié)點(diǎn)中還需要超低能耗(sub mW)功能。

其中大多數(shù)可以通過適當(dāng)?shù)腞F和基帶硬件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，但是低功耗編碼，調(diào)制和物理層(nonOFDM)也需要解決。來自環(huán)境和RF波形的反向散射通信和能量收集也將使具有不可更換電池的IoT節(jié)點(diǎn)具有較長(zhǎng)的使用壽命。另外，使用RF功率進(jìn)行連接和計(jì)算的反向散射通信可以提供通向超低功率通信的途徑。

在電磁可調(diào)表面(例如基于超材料)的革命的推動(dòng)下，6G將控制來自大型智能表面(LIS)的信號(hào)反射和折射。開放研究的問題涉及從無源反射器和超材料涂層智能表面的優(yōu)化部署到可重配置LIS的AI驅(qū)動(dòng)操作。需要進(jìn)行基本分析以了解LIS和智能表面的性能，包括速率，延遲，可靠性和覆蓋范圍。另一個(gè)重要的研究方向是環(huán)境AI，其中智能表面可以學(xué)習(xí)并自主地重新配置其材料參數(shù)。挑戰(zhàn)包括如何在大型超材料表面上聚焦具有不同入射角的信號(hào)，這需要反射/折射系數(shù)的可控性。在移動(dòng)環(huán)境中，由ML驅(qū)動(dòng)的智能曲面可能需要連續(xù)的重新訓(xùn)練，其中需要訪問足夠的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，高計(jì)算能力和有保證的低訓(xùn)練收斂性。

通過使用LIS和類似結(jié)構(gòu)，使用6G可使全息照相無線電成為可能。全息RF允許通過空間光譜全息和空間波場(chǎng)合成來控制整個(gè)物理空間和電磁場(chǎng)的完整閉環(huán)。這將大大提高頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)容量，并有助于集成成像和無線通信。

研究者們主要關(guān)注的問題：

1、如何設(shè)計(jì)高速率、低延遲、高可靠性、大帶寬的信道編碼、調(diào)制、檢測(cè)和解碼?

2、如何解碼Tbit/s通信(速度)?

3、如何設(shè)計(jì)滿足高能效和低成本要求的系統(tǒng)?我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)真正的無電池操作?

4、如何通過物理層技術(shù)提高信息的安全性、私密性和可靠性?量子密鑰分配與光學(xué)(或微波在未來)是可行的嗎?

5、如何有效地設(shè)計(jì)毫米波/太赫茲鏈路，系統(tǒng)和收發(fā)器?如何補(bǔ)償或維持相位噪聲?相干，不相干，部分相干的系統(tǒng)有什么作用?如何實(shí)現(xiàn)移動(dòng)定位，頻道獲取和跟蹤?

6、如何將有源天線陣列與透鏡天線相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的MIMO和智能波束轉(zhuǎn)向?如何設(shè)計(jì)具有大型智能表面的系統(tǒng)?

7、如何設(shè)計(jì)高性能計(jì)算平臺(tái)與射頻鏈之間的高效接口?

8、如何應(yīng)對(duì)高速的火車和無人機(jī)來支持網(wǎng)絡(luò)連接?我們可以也應(yīng)該繼續(xù)使用多載波技術(shù)嗎?我們需要新的波形嗎?比如那些基于特殊仿射傅里葉變換的波形?

06 6G 網(wǎng) 絡(luò)

到2030年，數(shù)字世界和物理世界將糾纏在一起，人們的生活將取決于網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。如果網(wǎng)絡(luò)故障，將失去主要的工業(yè)價(jià)值。在數(shù)字世界中，攻擊可能會(huì)損害無形資產(chǎn)，而在網(wǎng)絡(luò)物理世界中，物理資產(chǎn)可能會(huì)因數(shù)字攻擊而被盜，喪失能力或受到損害。惡意網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)可能導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)和生命損失。

為了解決這個(gè)問題，我們應(yīng)該將普遍存在的信任模型嵌入到網(wǎng)絡(luò)中，以便用戶可以信任網(wǎng)絡(luò)上的通信。用戶在這里是指?jìng)€(gè)人和組織實(shí)體。信任模型應(yīng)該無處不在地收集不當(dāng)行為的證據(jù)，并提供間接的互惠和不可否認(rèn)的行為。

對(duì)于安全，信任和對(duì)安全至關(guān)重要的服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)提供嵌入式分布式拒絕服務(wù)(DDoS)緩解和保護(hù)功能，使其免受其他攻擊，并能快速，準(zhǔn)確地追溯到用于攻擊的資源，并采用自動(dòng)方式推動(dòng)緩解攻擊者。設(shè)備應(yīng)該只能看到預(yù)期的流量，而非預(yù)期的流量應(yīng)被網(wǎng)絡(luò)丟棄。

將信任關(guān)系嵌入網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)備和節(jié)點(diǎn)的更穩(wěn)定的ID，而不僅僅是可能轉(zhuǎn)換或動(dòng)態(tài)的地址。每個(gè)設(shè)備至少應(yīng)具有一個(gè)唯一的名稱或多個(gè)名稱，網(wǎng)絡(luò)可以將這些名稱轉(zhuǎn)換為地址以及根據(jù)需要轉(zhuǎn)換回ID。應(yīng)該為設(shè)備分配一個(gè)專用地址，或者像經(jīng)典IP主機(jī)一樣，它們可能具有全局唯一的地址。連接后，設(shè)備應(yīng)能夠控制其自身的可達(dá)性。尋址原理的自然結(jié)果是端到端通信“層”與用戶的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)是分開的。像軟件定義的OpenFlow網(wǎng)絡(luò)一樣，該網(wǎng)絡(luò)可以使用多種轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，例如IPv4，IPv6，以太網(wǎng)和多種隧道協(xié)議。

端到端網(wǎng)絡(luò)連接是從一個(gè)客戶網(wǎng)絡(luò)到廣泛區(qū)域中的另一個(gè)客戶網(wǎng)絡(luò)。由于邊緣節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建的通用流抽象，每個(gè)區(qū)域中的技術(shù)選擇都是獨(dú)立的。端到端連接層管理在異構(gòu)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)層之上進(jìn)行通信的意愿。邊緣節(jié)點(diǎn)具有服務(wù)主機(jī)的注冊(cè)表。它為所有服務(wù)的主機(jī)分配并維護(hù)穩(wěn)定的ID，并根據(jù)請(qǐng)求將ID轉(zhuǎn)換為地址，并將地址轉(zhuǎn)換為ID。邊緣節(jié)點(diǎn)根據(jù)支持和使用主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)體信譽(yù)的實(shí)體的ID收集所有可見實(shí)體的行為的證據(jù)。

▲6G中的通信可以建立在信任鏈之上

網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生有關(guān)人員的前所未有的信息(物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，eHealth，人體局域網(wǎng)等)。

IIoT將產(chǎn)生大量業(yè)務(wù)敏感和個(gè)人數(shù)據(jù)?；ヂ?lián)網(wǎng)公司已經(jīng)證明私人信息的使用是多么有利可圖。從現(xiàn)實(shí)世界中收集的私人信息可能非常敏感，并以多種方式用于侵犯人們的利益。我們相信，要使6G為社會(huì)所接受，對(duì)私人信息的保護(hù)將是發(fā)揮其全部潛力的關(guān)鍵推動(dòng)力。

公平的市場(chǎng)要求有可能保護(hù)業(yè)務(wù)敏感數(shù)據(jù)。用戶最終應(yīng)該能夠通過簡(jiǎn)單直觀的用戶界面來控制和管理其私人數(shù)據(jù)。對(duì)個(gè)人數(shù)據(jù)的所有權(quán)和控制權(quán)應(yīng)交給相關(guān)個(gè)人或?qū)嶓w。

由6G設(shè)備和公共和私有網(wǎng)絡(luò)中的元素生成的某些數(shù)據(jù)對(duì)許多社會(huì)功能具有價(jià)值，并且可能對(duì)收集數(shù)據(jù)的公司以外的其他私有公司有價(jià)值。6G數(shù)據(jù)市場(chǎng)提供了自然而然的新業(yè)務(wù)案例。需要為這個(gè)市場(chǎng)制定明確的規(guī)則，以便包括普通消費(fèi)者在內(nèi)的所有類型的參與者都可以進(jìn)入該市場(chǎng)。

當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)范例通常被稱為“盡力而為”交付。為了滿足差異化服務(wù)質(zhì)量的需求，5G進(jìn)行了切片，其中通過應(yīng)用流量管理，鏈接和計(jì)算機(jī)資源分配以及選擇的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能來控制和處理流量，從而針對(duì)用例量身定制網(wǎng)絡(luò)資源，容量和功能在切片中。分片可以為其用戶提供最大的努力，也可以應(yīng)用某些QoS模式來處理數(shù)據(jù)包。

在6G中，將完善和擴(kuò)展5G范式。一種可能性是虛擬化(關(guān)鍵)設(shè)備之間通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)到分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及到云的端到端連接。在6G范式下，網(wǎng)絡(luò)尋求通過多種技術(shù)手段(例如，智能流量管理，邊緣計(jì)算，用戶主動(dòng)或針對(duì)每個(gè)交易或通過流量編排設(shè)置的策略)最大化用戶福利或體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)。后者可以例如使用由用戶或運(yùn)營(yíng)商為一組訂戶使用的策略，每個(gè)訂戶在該組中均被平等對(duì)待。在某種意義上說，網(wǎng)絡(luò)是中立的，它平等地對(duì)待一個(gè)片中的所有應(yīng)用程序，并且平等對(duì)待具有相同訂閱類型的所有用戶。

到6G時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中立性法規(guī)可能會(huì)更新，并會(huì)強(qiáng)制MNO向用戶控制下的用戶提供增值安全服務(wù)。這樣的規(guī)定將為無法照顧自己設(shè)備安全性的用戶定義合理和可理解的責(zé)任，以防他們被用于攻擊其他用戶。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為服務(wù)和應(yīng)用程序競(jìng)爭(zhēng)提供公平的基礎(chǔ)，以最大化最終用戶的選擇。

6G研究將需要研究私有網(wǎng)絡(luò)和公共網(wǎng)絡(luò)之間的替代責(zé)任劃分。短距離連接解決方案與大覆蓋蜂窩系統(tǒng)的無縫集成將需要變得更加普遍，并且在開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化方面將具有更大的推動(dòng)力。

最近，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)和人工智能的興趣日益濃厚。ML依賴于挖掘的大數(shù)據(jù)來獲取信息和知識(shí)。該方法是檢測(cè)遠(yuǎn)程實(shí)體的惡意行為的合理選擇。網(wǎng)絡(luò)中還存在其他需要“智能”的需求，例如自我配置或管理復(fù)雜性。除了大數(shù)據(jù)，人工智能還依賴于大量的計(jì)算能力。6G將使用不斷增加的計(jì)算能力來應(yīng)對(duì)更高的比特率，同時(shí)也將獲得更多的靈活性。除非在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決，否則這將大大增加功耗。

另一個(gè)備受期待的新技術(shù)是區(qū)塊鏈，也稱為分布式分類帳。如果沒有中央機(jī)構(gòu)，則該技術(shù)將允許以分布式方式存儲(chǔ)和共享不經(jīng)常更改的信息。更改的完整記錄也會(huì)保留。這可能會(huì)帶來組織數(shù)據(jù)市場(chǎng)或幫助維持互操作員環(huán)境中信任的新方法。

研究者們主要關(guān)注的問題：

1、如何定義一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)范式，同時(shí)支持消費(fèi)者、企業(yè)、生活和關(guān)鍵任務(wù)通信?需要什么樣的監(jiān)管變化才能允許這種創(chuàng)新?

2、如何在網(wǎng)絡(luò)中嵌入信任和安全?如何利用虛擬化提供的隔離風(fēng)格來保護(hù)端到端連接和通信?

3、什么樣的數(shù)據(jù)市場(chǎng)業(yè)務(wù)模型是可行的，需要什么樣的技術(shù)來支持它們?架構(gòu)會(huì)是什么樣子，非技術(shù)用戶如何輕松地使用它?

4、需要什么樣的網(wǎng)絡(luò)功能、接口和協(xié)議來支持廣域和本地市場(chǎng)參與者之間以及消費(fèi)者和垂直市場(chǎng)參與者之間新的責(zé)任劃分?

5、如何增強(qiáng)和改進(jìn)虛擬化，以支持非關(guān)鍵通信和關(guān)鍵通信的最低成本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最大靈活性?

6、6G可以利用哪些新的計(jì)算和軟件技術(shù)?

07 新服務(wù)的推動(dòng)者

在5G蜂窩系統(tǒng)之前，蜂窩開發(fā)的重點(diǎn)一直放在通信方面，而其他服務(wù)(例如定位)的優(yōu)先級(jí)卻很低：它們已經(jīng)很晚才引入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。這并未導(dǎo)致最佳性能或系統(tǒng)功能的充分利用。未來的服務(wù)(例如混合現(xiàn)實(shí))將很難生產(chǎn)，并且需要大量組件使能器(例如定位，3D映射，數(shù)字內(nèi)容與物理模型的融合以及低延遲的超高速通信)，以至于設(shè)計(jì)必要的促成因素不僅是可取的，而且對(duì)于實(shí)現(xiàn)良好的混合現(xiàn)實(shí)性能至關(guān)重要。密集的無線網(wǎng)絡(luò)在邊緣具有高頻天線陣列和強(qiáng)大的計(jì)算能力，可為此類集成服務(wù)提供自然支持。挑戰(zhàn)在于如何以節(jié)能的方式實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。

在深度學(xué)習(xí)方面的最新突破，可用數(shù)據(jù)的增加以及智能設(shè)備的興起推動(dòng)下，人工智能正在見證無線領(lǐng)域的空前發(fā)展。迫在眉睫的AI用例(特別是用于強(qiáng)化學(xué)習(xí))圍繞著創(chuàng)建可以自主管理資源和控制功能的自學(xué)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。此外，隨著新一代自治設(shè)備的出現(xiàn)，它們?cè)诒镜丨h(huán)境中進(jìn)行傳感，通信和操作。在實(shí)踐中，將大量本地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)郊惺皆埔赃M(jìn)行訓(xùn)練和推理。這需要新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的無線鏈路通信效率訓(xùn)練算法，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行實(shí)時(shí)可靠的推斷。這樣的架構(gòu)還帶來了新的挑戰(zhàn)：對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的訪問受限，推理準(zhǔn)確性低，缺乏通用性以及邊緣設(shè)備的處理能力和內(nèi)存受到限制。

邊緣計(jì)算為在基礎(chǔ)架構(gòu)方面運(yùn)行計(jì)算密集型，低延遲的用戶應(yīng)用程序提供了新的可能性。此類計(jì)算的一個(gè)示例是針對(duì)移動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的偏向渲染。另一個(gè)例子是物理世界和數(shù)字世界的融合(將虛擬內(nèi)容與3D點(diǎn)云匹配)以實(shí)現(xiàn)混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。第三種有趣的可能性是本地即時(shí)信息服務(wù)：邊緣云可以快速發(fā)現(xiàn)人員，服務(wù)，設(shè)備，資源以及用戶附近無法通過集中式搜索引擎收集的任何動(dòng)態(tài)且高度本地化的信息。這樣的邊緣信息服務(wù)平臺(tái)可以用于創(chuàng)建服務(wù)，事物和信息的本地和動(dòng)態(tài)市場(chǎng)。邊緣計(jì)算的極端情況是瘦用戶客戶端，本質(zhì)上是一種輕巧的低能耗設(shè)備，能夠與人類的感知或神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行交互，而所有用戶特定的計(jì)算都在邊緣云中進(jìn)行。

▲使用邊緣技術(shù)的用戶應(yīng)用程序及其移動(dòng)性

與當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)不同，未來的通信系統(tǒng)將遍及多個(gè)垂直行業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)大量需要定位的服務(wù)，例如資產(chǎn)跟蹤，上下文感知營(yíng)銷，運(yùn)輸和物流系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和醫(yī)療保健。實(shí)際上，依賴GPS衛(wèi)星和小區(qū)多重定位的傳統(tǒng)定位方法在城市和室內(nèi)部署場(chǎng)景中是有限的，甚至是不切實(shí)際的。極高的載波頻率，大帶寬，龐大的天線陣列，致密化和設(shè)備到設(shè)備的通信是即將到來的技術(shù)，這些技術(shù)因其通信優(yōu)勢(shì)而廣受贊譽(yù)，而其固有的本地化潛力通常被忽略。例如，雖然3D波束成形可在總體上提高頻譜利用率和信號(hào)質(zhì)量，但它還可以為IoT應(yīng)用程序進(jìn)行精確定位。

基于RF的傳感是未來網(wǎng)絡(luò)的高載波頻率所帶來的另一種定位機(jī)會(huì)。例如，3D THz成像可通過準(zhǔn)確的位置確定和物體檢測(cè)來提高交通安全性?；诠鈱W(xué)或無線電技術(shù)的3D映射將是未來混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，并且將成為未來邊緣服務(wù)的自然組成部分。5G及以后的系統(tǒng)通過大規(guī)模天線陣列支持大帶寬(數(shù)百兆赫茲)，也將提供進(jìn)行高精度RF定位和跟蹤的潛力。但是，此類技術(shù)的完整應(yīng)用仍然受到發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間足夠的隔離的困擾：下一代接入點(diǎn)很可能能夠通信，同時(shí)解決來自不同目標(biāo)的反射。太赫茲頻率的頻譜環(huán)境傳感是另一個(gè)有趣的新機(jī)會(huì)。它允許諸如檢測(cè)和識(shí)別環(huán)境中的有害或有毒氣體等方面。

▲6G網(wǎng)絡(luò)可以在邊緣處理定位、三維點(diǎn)云映射、混合現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)融合等

上面討論的啟動(dòng)器將處理和存儲(chǔ)有關(guān)用戶的個(gè)人和非常敏感的信息。例如，假設(shè)您的銀行或身份驗(yàn)證應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)邊緣而不是個(gè)人移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行。令人難以置信的是，任何人都同意在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行此類應(yīng)用程序而沒有最大程度地關(guān)注信任，隱私和信息安全性。這是與通信系統(tǒng)安全性略有不同的目標(biāo)。服務(wù)啟用者對(duì)隱私數(shù)據(jù)和安全性的要求更高，因?yàn)樗鼈冊(cè)诓槐Ｗo(hù)E2E加密(例如VPN)的情況下處理個(gè)人數(shù)據(jù)時(shí)(如果用戶應(yīng)用程序在邊緣運(yùn)行，則很明顯)。邊緣服務(wù)問題使人聯(lián)想到云服務(wù)，但由于邊緣中的用戶應(yīng)用程序和上下文需要跟隨用戶，因此增加了移動(dòng)性挑戰(zhàn)。

研究者們主要關(guān)注的問題：

1、如何為移動(dòng)端服務(wù)和精準(zhǔn)定位等敏感服務(wù)建立信任、安全和隱私解決方案?

2、如何在室內(nèi)外空間達(dá)到cm級(jí)定位精度?

3、如何為混合現(xiàn)實(shí)服務(wù)提供基于網(wǎng)絡(luò)的三維傳感/成像能力?

4、哪些用戶應(yīng)用程序?qū)倪吘壏?wù)中受益?如何受益?

5、如何提供低延遲、能夠訪問本地信息并持續(xù)跟蹤用戶的邊緣服務(wù)(即具有跨網(wǎng)絡(luò)邊界的移動(dòng)性)?

6、邊緣AI在服務(wù)管理和系統(tǒng)編排方面的角色是什么?邊-本機(jī)環(huán)境在當(dāng)前人工智能方法上設(shè)置了哪些新需求(例如來自隱私、安全、位置或分布的需求)?當(dāng)前人工智能方法如何滿足這些需求?

智東西認(rèn)為，5G移動(dòng)通信技術(shù)的到來將成為推動(dòng)生產(chǎn)力的主要因素之一，并有望成為許多行業(yè)長(zhǎng)期設(shè)想的、高度集成和自主應(yīng)用的關(guān)鍵推動(dòng)者。這波新技術(shù)浪潮將加速經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的數(shù)字化。從歷史上看，新的移動(dòng)“一代”大約每十年出現(xiàn)一次，5G的全球商業(yè)化目前正在起步。5G的性能和用例將在未來的版本中繼續(xù)發(fā)展。6G將搭載新技術(shù)，滿足超越5G發(fā)展的通信需求?，F(xiàn)在是確定未來通信需求、性能要求、系統(tǒng)和無線電挑戰(zhàn)，以及6G確立面向21世紀(jì)30年代的研究目標(biāo)的主要技術(shù)選擇的最佳時(shí)機(jī)。當(dāng)然，在5G許多技術(shù)都還不太成熟的情況下談6G或許在某種程度上有些為時(shí)過早，但提前思考未來世界的變化以及人們對(duì)通信的進(jìn)一步需求，對(duì)新技術(shù)、新設(shè)備的推動(dòng)有著很重要的意義。