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专家综述:6G 研发的最新进展以及未来的发展趋势

2020-12-17 14:10
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近日,由东南大学尤肖虎教授领衔,王承祥教授组织起草,联合国内外 24 家科研院校及企业的 50 位业内专家,针对 6G 最新进展及未来发展趋势撰写了一篇长达 70 多页的综述 “Towards 6G wireless communication networks: vision, enabling technologies, and new paradigm shifts”,文章发表在 Science China Information Sciences  2021 年第 1 期。

文章从 6G 性能指标、应用场景、垂直行业应用、使能技术、新的范式转换等方面对 6G 研发的最新进展以及未来的发展趋势进行了全面的综述。

面对未来网络需求的不断增强,5G 网络在数据传输速率、接入密度等方面面临新的技术瓶颈,而 6G 的发展或将突破这些技术壁垒,提供更加快速更加深远的通信服务,并最终消除现实世界和网络世界的界限。

从 5G 到 6G

2019 年 11 月 1 日,随着三大运营商 5G 套餐的上线,标志着国内第五代(5G)无线通信网络正式进入商用。2020 年以来,5G 网络开始在世界范围内部署,大规模连接、高可靠性、保证低延迟等各项关键技术逐步走向标准化,一个万物互联、人机交互的新时代正在加速到来。 与第一代到第四代无线通信网络相比,5G 网络拥有传输速率快、低时延、高容量等优势。但随着车联网、物联网、工业互联网、远程医疗等新业务类型和需求的发展,5G 网络显然无法满足 2030 年及未来的网络需求,研究人员已经现在开始关注第六代(6G)无线通信网络。

多样化的通信场景必将对未来网络的异构程度提出更大需求,对无线通信网络的带宽和容量方面提出更高需求,6G 网络将借助人工智能和机器学习技术,在网络服务质量(QoS)、体验质量(QoE)、安全性和能源效率等性能上,实现自动提升。 6G 无线通信网络有望提供更高的频谱、能量、成本效率、更高传输速率、更低传输时延、超大连接密度、更高的智能化水平、亚厘米级的地理定位精度、接近 100% 的覆盖率和亚毫秒级的时间同步。 网络通信正在经历着与 80 年代计算机产业相似的巨大变化,网络软件化逐步成为网络发展的新趋势,以实现网络硬件和软件供应链的多样化,并推动网络转变为一个能够支持新兴物联网和数据科学应用的高能力平台。而 6G 的发展,为推动网络软件化提供了一种新的计算范式,同时不增加能耗成本。

相较于 5G 网络的关键性能 eMBB,mMTC 和 uRLLC 等指标,6G 网络实现了性能的进一步增强,并在应用场景实现扩展。

2019 年 3 月,美国贝尔实验室提出了一些 6G 网络的关键性能指标。其中提到,网络数据传输的峰值预计将超过 100 Gbps,连接密度达到 107 个设备 /km2,时延应小于 0.3 毫秒,能源效率将是 5G 的 10 倍,容量将达到 5G 系统的 10000 倍。

图 | 5G 和 6G 网络的关键性能指标和应用场景的比较

通过应用 AI 技术,6G 网络将可以实现更优的网络管理和自动化水平,由于使用了极为异构的网络、多样化的通信场景、大量的天线和较宽的带宽,6G 网络的连接密度将增加 10—100 倍。

图 | 6G 通信网络的应用场景 

为了满足 6G 网络即将出现的带宽、时延、可靠性以及应用程序所设置的弹性需求,下一阶段网络的规模设计将是重点研究内容。 2018 年 7 月 16 日,国际电信联盟(ITU)成立 ITU-T 2030 网络焦点组技术研究组(FG NET-2030),致力于研究 2030 年及以后的网络能力,以支持未来如全息通信等新颖的前瞻性场景,满足在紧急情况下可以快速地响应新兴市场和垂直领域的高精度通信需求。

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