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《European Vision for the 6G Network Ecosystem》原文
5GIA（5G2021年6月，基础设施协会发布《European Vision for the 6G Network Ecosystem》内容包括报告。本文翻译了相关内容，供国内同行参考。其中，欧洲6G介绍欧洲6G时间表、6G目标和6G将改善5G关键绩效指标，6G结构；下一篇介绍欧洲6G关键技术。欢迎关注5G行业应用】公众号继续推出6G系列文章。
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文|吴冬升
（四）
6G关键技术
6G关键技术包括系统网络架构和控制、边缘和一般计算、无线电技术和信号处理、光网络、网络和服务安全、非地面网络通信、特殊网络/子网络、设备和组件，如图6所示。
图6 6G关键技术
6G技术研究应为高效、可持续、智能、可靠的分布式计算铺平道路。通信和计算算法的交织需要通信/计算协同设计，属于网络中人工智能治理的范围（包括基于人工智能的网络功能分配和实例；跨网络管理与合作的人工智能组件；基于FL等设计分布式人工智能机制；或者部署人工智能输出/决策论证机制，从而产生可解释的人工智能）。
从服务管理的角度来看，需要AI/ML维持设想的复杂6G人类数字物理世界和感官互联网上的互动等服务运营成本效益。此外，虚拟设备、微服务、容器、无服务器功能及其互操作等各种虚拟化技术的激增将增加网络操作的复杂性。AI/ML机制将成为自动化决策过程的关键。
AI/ML还将支持在6G中实施预测编排，例如，根据实时需求和资源可用性，实现接近最优的布局决策（包括考虑设备地理密度等因素的虚拟网络功能布局）、服务和网络切片配置或维护。这将允许零接触。6G从终端设备到边缘，再到RAN(需要考虑新的系统结构和以用户为中心的模式，如无蜂窝网络)和云/核心连续体。
边缘计算的发展和重要性受到大规模物联网、工业4等多种因素的推动.智慧城市和基础AI/ML新的分布式应用。边缘和一般计算的主要目标是减少延迟，提高响应能力，减少用户/IoT集中云计算资源之间的数据流(设备也可以将处理转移到网络上，使其更容易、更小、更少)。此外，将服务组合成一系列微服务或功能的新范式，导致虚拟化网络功能可以分布在核心和边缘计算资源上。
在6G在网络中，随着整个电信系统结构向基于分布式（微）服务的系统结构过渡，边缘和一般计算将更加重要，如零延迟G承诺使本地处理成为这些场景中唯一可行的选择。
考虑到物理定律对太赫兹频谱的挑战，商业可行的太赫兹通信系统设计将需要研究波形和调制、无线通道特性、波束形成和硬件的可行性。无线电构建模块(波形、调制和编码、非正交多址、全双工、Massive MIMO等)需要进一步开发，以满足严格的6G要求。此外，还需要智能反射面（IRS）、研究集成定位、传感和通信(如机器人广泛应用于工业应用)、随机访问大规模连接、缓存无线边缘等。此外，ML和AI它已成功地应用于许多应用程序中，但它在无线空口设计中的应用需要仔细研究。
具体来说，6G在空中设计中，应研究以下关键技术：
为了满足6G对于系统的高带宽需求，有效重用现有的低、中、高频频谱资源（如联合使用许可证和非许可频谱，使用基于认知无线电的解决方案）至关重要。
与中低频段相比，mmWave可用带宽要大得多。目前，5G NR考虑到低于50 GHz毫米波，预计6G需要更多的毫米波频段(例如，高于100 GHz）。特别是对于6G需要克服高效发射和接收波束形成设计、低功耗、低成本、高吞吐量调制编码方案等进一步挑战。
虽然有小蜂窝概念和新的无线电频谱分布，但移动通信量指数的增加可能会导致电磁频谱的无线电频率拥塞。用于红外和可见光谱OWC（约为整个300 GHz2600倍的射频谱可以缓解这个问题，补充传统的射频通信，特别是在密集的室内部署中。
在太赫兹波段(0.1–实现通信的技术也被视为满足更高数据速率的要求(如TBP）的关键。太赫兹无线电从毫米波地区的大型相控阵发展而来，但由于现代半导体和包装技术的物理限制，它将面临更多的高效实施障碍。当新材料（如石墨烯）在大规模生产中成熟时，它们可能会发挥作用。在此之前，解决方案将依靠新颖的射频架构、天线、包装和半导体技术的可持续发展，在性能和成本之间保持谨慎的平衡。
mMIMO概念是5G引入，特别是对于更高的频率，由于波长较短，大量的天线可以包装在一个小区域，从而产生mMIMO和ultramMIMO基站和UE处双重mMIMO概念。改善无线通信的另一种方法是通过智能反射面改变无线通信的传播特性（IRS）或大型智能面（LIS）。
目前，以社区/网络为中心的方法可以改为以用户为中心的方法，以选择附近的方法AP动态确定子集为特定服务UE的集群。它与分布式mMIMO操作的结合导致了所谓的操作cell-free mMIMO。在这个概念中，一切AP在没有任何社区限制的情况下，可以协同服务UE，具有相关传输和接收的可能性，并能在网络上提供几乎统一的服务。为有效实现分布式MIMO，需要解决波束管理、高频段非相关操作和全数字波束控制的实用方法。
为保持正交性，CP-OFDM需要严格的同步。对于不同的应用场景，提出了其他波形，如滤波器组多载波、通用滤波多载波或广义频分复用。正交时频空调系统也在高移动场景中引入。放松正交约束作为补充，可以更有效、更灵活地使用无线信道。例如，非正交多址（NOMA）或速率分裂多址（RSMA）可产生更大的实现率，并提供无授权访问。此外，先进的自干扰和交叉链路干扰消除技术可以潜在地将频谱效率翻倍，并为中继和双向通信等全双工收发器提供广泛的好处。
信道编码旨在纠正传输错误，因此是确保可靠性的关键。然而，它是最复杂的基带处理块之一。现代信道编码方案，如Turbo、LDPC和Polar代码以其优异的性能进入多种通信标准，包括2G、3G、4G和5G。未来6G KPI和用例对编解码器设计提出了新的要求，因此需要研究接近香农极限的高级信道编码和调制方案，以实现极高的吞吐量、极高的可靠性、极低的功耗和较低的编码/解码延迟，如Tbps吞吐量信道解码器等。
高精度位置感知已被确定为自动驾驶汽车、未来工厂、智能城市、虚拟/增强现实和公共安全等许多应用的关键因素。智能网络管理将实现集成定位、传感和通信，以提高频谱和能源效率，减少延迟。以更高的频率、更大的带宽、更多的天线、更密集的网络和未来D2D无线系统的无线系统和可能的特殊基础设施将有助于以厘米级精度定位无线电。
在未来的网络中，数以百万计的设备将被连接起来，对于许多设备来说，生成非常分散的数据。需要仔细研究如何协调这样一个网络，而不消耗整个网络资源和节点能量。此外，随着设备数量的增加，基于重传接入协议的可靠性将面临严峻的挑战。因此，在不与基站协商任何资源的情况下传输其(通常较短)数据包(可能限制或避免重传)的免授权方法似乎很有希望。
点播视频流和互联网浏览的特点是重用异步内容；高度可预测的需求分布；延迟容忍，质量可变。对于此类应用，当前的移动系统通常存在一些问题，例如，宏小区的无线容量不足，和/或到小小区的有线回程较弱或昂贵。在这种情况下，无线边缘缓存提供了有效的解决方案。缓存可以减少网络负载和干扰，从而提高频谱效率和能源效率，减少通信延迟。但缓存通常是在核心网络中实现的，需要研究如何在无线网络中有效地实现缓存。
6G继续依靠光基础设施的进步，提高容量，减少延迟，增强可编程性，增强可重构性，增强环境适应性，显著降低功耗。
光与无线技术与集成网络基础设施的更紧密集成将促进从分组到间隙和波长通道水平的各种交换粒度的通用传输和交换平台的采用。此外，光子集成技术的进步将是大量新的IT在这些设备中，光学、射频和数字电子功能可以与网络设备相结合。
所有这些技术进步，包括增加设备级别的可编程性和远程配置，也需要网络控制、自动化和自主性方面的进步。
虽然6G被设想为高度分布式计算和连接性架构，但关键管理功能的软件化和自动化（例如，基于智能分布式AI/ML的控制和服务编排）创造了一个比当前5G领域更广泛、更复杂的攻击面。该系统不仅容易受到直接网络安全攻击，还需要识别自动化功能的不当行为，并将其影响降至最低。保证系统的可靠性和可信度将是主要挑战之一。需要保证零接触微分割和切片等解决方案，分布式AI/ML功能和模型需要加强，以避免故障和网络攻击，并保证其可靠性和安全性。
非地面网络（NTN）架构具有如下功能：作为单一接入网络的架构设计，不区分地面和NTN元素；具有分层设计的星座；具有空中计算和存储功能的智能NTN；将基础设施作为资源进行资源优化；动态频谱管理、共存和共享；超越太赫兹的新光谱；具有灵活性和适应性的无线接入技术；具有超越当前技术的NTN组件；利用NT dynamics的人工智能。
在满足超可靠和低延迟要求的能力推动下，5G开始用于垂直行业工业自动化。这一趋势会进一步扩大，导致对适用于特殊用途网络或更小范围“子网络”的需求不断增加。从6G性能提升中受益的子网络示例包括：人体内子网络、机器人内子网络、车内子网络和无人机群子网络。例如，人体内子网络可用于控制生命关键功能，如糖尿病患者的心脏起搏器（无线起搏器）或胰岛素泵，而车内子网络可无线支持CAN总线和汽车以太网操作，用于发动机控制、防抱死制动和辅助驾驶，如图7和图8所示。
由于子网络的局部拓扑结构以及所需的特殊性能属性（如极端延迟或可靠性），子网络将是6G架构变化的关键驱动因素。子网络被定义为在独立模式下工作，并连接到广域3GPP网络。子网络的空口设计应根据特殊应用的需要进行调整。特别地，为了获得频率和干扰分集，可以通过使用大的子载波间隔（例如，超过120kHz）、超短传输间隔、盲分组重复和信道跳频来实现亚毫秒延迟和极端可靠性。虽然这种技术组件的基础是5G以来已经知道的，但我们的理解是，它们应该进一步发展以应对更极端的要求。
图7 人体内子网络用例示例
图8 车内子网络用例示例
无线网络各个方面的进步高度依赖于用于实现的电子技术、组件和设备。这包括处理器、存储器、模拟、RF、DAC和ADC、天线、封装和光学组件等全部组件。
在射频领域，用于6G网络的sub 10GHz、毫米波和太赫兹技术面临着各自的具体挑战。
光领域的挑战在于吞吐量需求不断增长（到2030年为3.2 TB的收发器）等。
在数字处理方面，需要进行研究，以弥合高效ASIC和高灵活性可编程器件之间的差距。可以利用神经处理单元（NPU）。Bio-inspired spiking neural networks是一种新兴的体系结构，其功耗可以降低几个数量级，但它还远未成熟。
安全硬件需要研究以提高可靠性，以及对量子计算攻击的鲁棒性。为了硬件安全，还需要新的多处理器片上系统架构（MPSoC）。
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01
本书由。在介绍5G时代边缘计算内涵和核心技术的基础上，。
典型行业应用方面，包括等。
现任高新兴科技集团股份有限公司高级副总裁、粤港澳大湾区自动驾驶产业联盟副理事长、广州车路协同产业创新联盟理事、广州市智能网联汽车示范区运营中心理事等。致力于5G、智能网联、自动驾驶、大数据、人工智能等技术的研究与应用创新。
02
本书系统剖析等，对全球及国内车联网最新进展做了全面的扫描和分析，并对5G车联网产业发展面临的挑战和未来发展前景进行展望和预测，对于致力于5G及车联网产业研究、标准化及相关产品实现的广大从业者具有参考价值。
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