全球首发《6G白皮书》，6G到底是什么？

2019-10-30 22:53| 发布者: 龙翔五洲| 查看: 6613| 评论: 0|原作者: 综合|来自: 昆仑策网

摘要: 尽管全球5G才刚开始，但研究机构已把目光转向6G技术了。近日，芬兰奥卢大学发布了全球首个6G白皮书，此白皮书是基于70位受邀专家于2019年3月在芬兰拉普兰举行的首届6G无线峰会特别研讨会上分享的观点，涵盖6G的关键驱动因素、研究要求、挑战和研究问题等。

【介绍】全球首个6G白皮书

7大维度看6G的驱动力与挑战

近日，芬兰奥卢大学发布的全球首个6G白皮书《KEY DRIVERS AND RESEARCH CHALLENGES FOR 6G UBIQUITOUS WIRELESS INTELLIGENCE》（6G无线智能无处不在的关键驱动与研究挑战），从七个方面全方位分析6G的驱动因素、研究需求、挑战和问题等。

6G的社会和商业驱动力

5G技术的开发满足了消费者和工业界对网速的需求和，并使物联网（IoT）的重要性日益提高。5G的技术成功依赖于许多领域的新发展，并将为更多的设备和用户提供更快的数据速率。6G将需要一种更加全面的方式来确定未来的通信需求，并采用更大的样本来确定6G的要求。包括确定未来社会的发展趋势，需求和挑战，以及塑造我们未来世界的全球力量，避免仅由商业驱动来发展。尽管5G的发展是由一系列垂直行业的需求决定的，但重点仍然是移动网络运营商所驱动。6G将推出超高效的短距离连接解决方案，该解决方案可能由市场上的新参与者推动，在传统运营商之外产生新的生态系统。

包括联合国可持续发展目标在内的社会驱动因素将塑造6G。

社会和商业驱动因素将越来越多地影响着6G的发展，如下图所示，包括政治，经济，社会，技术，法律和环境（PESTLE）驱动因素。为确保智慧城市服务和城市化的利益得到合理分配，政策需要确保所有人都能获得基础设施和社会服务，重点是城市贫困人口和其他弱势群体对住房、教育、医疗保健、工作和安全环境的需求。未来的6G架构将促进数字包容性和可访问性，并释放农村经济价值和机会。

降低整体网络能耗的高能效是6G的一个关键要求。在整个产品生命周期中材料的合理选择、使用和回收利用可以降低成本，有助于将网络连接扩展到偏远地区，并以可持续且更节省资源的方式提供网络访问权限。学术界已对通信电磁波（包括移动电话和基站）可能对健康造成的影响进行了广泛的研究。迄今为止进行的所有研究均表明，暴露于低于ICNIRP（1998）EMF指南建议的限值（覆盖0-300 GHz的整个频率范围）不会产生任何已知的不利健康影响。6G技术的引入将引发进一步的研究以进行更好的健康风险评估。

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▲政治、经济、社会、技术、法律和环境对6G的影响

在可预见的将来，由于长期频谱许可，目前用于移动通信网络的较低频段（低于4 GHz）预计将保持稳定并由运营商主导。然而，6G时代，针对室内环境和室外城市空间的超高效短距离网络的新频段将变得很普遍。这些本地网络将针对具有特殊需求的垂直市场，并将由不同的利益相关者进行部署，从而向新的参与者、新的投资者和新的生态系统开放。建立多个重叠的超密集网络将很快变得不可行，并将导致不同的利益相关者在一个设施内部署单个网络以服务于多个用户组和服务。

通过软化和网络功能的虚拟化以及接口的开放，共享经济概念将不仅用于高层平台业务层，而且还将广泛用于网络连接和数据层。像网络中立性法规辩论一样，与流量优先级相关的挑战仍在继续。频谱访问权，网络，网络资源，设施和客户所有权的变化将导致多种组合，因为不同的设施将具有不同的要求。在所有利益相关者的共同努力下，频谱的全球统一仍将是一个需要解决的挑战。

6G将比迄今为止所见的任何事物更深入地渗透到社会和人们的生活中。这将是非常复杂的，除了通讯还涉及数据收集，处理和无处不在的智能。为避免过高的运营成本，将在具有高度自动化水平的云技术上运行6G软件。这将需要监管方面的进步。

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▲本地运营商的驱动力

作为一种共享经济，未来的6G生态系统将改变现有角色，并引入新的玩家，从而形成下图所示的复杂生态系统。虽然预计运营商市场在5G中将继续占据主导地位，但未来的6G连接解决方案将由新的市场参与者驱动。下图的中间四边形显示了代表来自人和机器用户的不同需求和利益相关者，这些利益相关者特定于不同垂直领域的公共部门或企业，将提供满足需求范围所需的资源。在决策者设定的监管框架下，由利益相关者的不同角色提供物理基础结构（设施，站点），设备和数据。需求和资源通过匹配/共享的利益相关者角色聚集在一起，包括不同类型的运营商（本地或垂直特定运营商，固定运营商，移动网络运营商，卫星运营商），资源代理以及各种服务/应用程序提供商 /安全提供商。

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▲未来6G生态系统的利益相关者

总体而言，与当前的移动业务生态系统相比，预计6G中的玩家角色将发生变化，并且将出现全新的角色。可以预期，上文分析的主要驱动因素将从根本上改变生态系统，并为6G中的各种玩家带来新的机会。最后，新的6G生态系统的出现和形态将取决于促进或阻碍这些发展的法规。

研究者们主要关注的问题：

1、6G的社会需求是什么？
2、如何对6G玩家及其生态系统配置进行分类?
3、在6G共享经济中，基于平台的生态系统商业模式将是什么样的?
4、在未来的6G系统中，人工智能(AI)和机器学习(ML)如何改变基于平台的生态系统、业务模型和服务?
5、6G响应社会需求所需的最低可行法规是什么？
6、如何开发新的机制和商业模式来支持偏远地区的访问？

6G使用案例和新设备形式

尽管智能手机已成为我们生活中不可或缺的一部分，但新显示技术，传感和成像设备以及低功耗专用处理器的飞速发展将迎来一个设备与感官无缝连接的新时代。VR、AR和混合现实（MR）技术正在合并到混合现实技术（XR）中，该技术包含可穿戴的显示器以及产生并保持感知错觉的交互机制。

XR体验很可能由轻巧的眼镜提供，它们以前所未有的分辨率，帧速率和动态范围将图像投射到眼睛上。此外，将通过耳机和触觉界面反馈其他感觉。必要的支持技术包括：1）成像设备，例如光场，全景，深度感应和高速相机；2）用于监视健康状况（例如心率，血压和神经活动）的生物传感器；3）设备或周围网络基础设施中用于计算机图形，计算机视觉，传感器融合，机器学习和AI的专用处理器；4）无线技术，包括定位和传感。

传感和成像设备可以捕获我们的整个生活经历以及详细的物理环境，而虚拟世界的保真度则不断提高。这些进步与分发计算的需求结合在一起（因为计算需求超过了诸如眼镜之类的小型设备）突显了无线网络对性能的需求。

几个世纪以来，人们一直在寻找远距离或者真实感受的方法。从信件，电报，电话到视频聊天，我们对远程通信和交互的期望不断发展。远程呈现作为实际旅行的替代品，随着以下支持技术的空前发展，最终成为现实：高分辨率成像和传感，可穿戴显示器，移动机器人和无人机，专用处理器以及下一代无线网络。通过实时捕获，传输和渲染会议中每个参与者的3D全息表示，或通过图形表示（例如化身）和传感器捕获的移动数据的组合来实现存在感。XR设备会产生感知上的错觉，这些设备会让地理上分散的人群获得位于同一位置的感受。

即使存在远程呈现，随着人口和全球化的增长，人员和货物的流动仍然是一个严峻的挑战。2030年及以后的世界，数百万联网的自动驾驶汽车或将以不同程度的协调性运行，以使运输和物流尽可能高效。这些车辆可能包括自动驾驶汽车，以及可以运送货物的自动驾驶卡车或无人机。到2030年，预计在线消费者购物将在发达国家占主导地位，这需要将数百万个包裹从仓库运送到各个家庭。

效率不仅对于提高全球生产率很重要，而且对于减少化石燃料的消耗实现可持续发展目标也很重要。安全比效率更为迫切：随着自动驾驶汽车的使用增加，对人类的伤害也不应增加。实际上，目标应该是减少当今运输和物流网络造成的全球人员伤亡率。传感器，传感器融合和控制系统的进步不断提高安全性，但这是以增强网络需求为代价的。

未来网络中的每辆车都将配备许多传感器，包括相机，激光扫描仪，可能用于3D成像的THz阵列，里程表和惯性测量单元。算法必须快速融合来自多个来源的数据，并在考虑本地生成的当前周围环境地图，在该环境中的位置，有关其他可能导致人身伤害的其他车辆，人员，动物或建筑物的信息的同时，快速决定如何控制车辆碰撞或受伤。还必须开发接口，以警告乘客或主管注意潜在风险，以便采取适当措施避免发生事故。为了使车辆网络高效，安全地运行，无线网络除了具有低延迟和高带宽外，还必须提供超高的可靠性。

研究者们主要关注的问题：

1、下一代XR系统的功能、性能和人机工程学需求是什么?
2、在未来的XR系统中，如何在不同的组件之间分配计算资源和数据?
3、如何为下一代XR设备定义和测量基于人类感知的体验质量(QoE)标准?
4、下一代网络和设备能为人们之间的互动提供哪些新机会?
5、自动驾驶车辆在通信可靠性和交通安全方面需要考虑哪些因素?

6G频谱和KPI目标

用于开发当前和新兴5G技术的许多关键绩效指标（KPI）对6G也有效。但是，必须对KPI进行严格审查，并且必须认真考虑新的KPI。对于技术驱动的KPI，一些领先的供应商已经发布了6G要求的初始草案，如下图所示。

▲由学术界和工业界在不同的论坛提出的一般的6G目标

在大多数技术领域中，超越5G（B5G）和6G的目标再次表明，与先前的移动蜂窝一代升级相一致，各自的功能提高10-100倍。

下图中列出了一些潜在的6G KPI，包括先前讨论的技术KPI。

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▲最初的6GKPI

预计未来的无线网络将支持各种各样的有时相互冲突的要求。预计6G将成为第一个要求超高速链路的无线标准，其每个链路的峰值吞吐量超过每秒兆比特（Tbps）。6G用例（例如无线工厂自动化）将需要非常复杂的操作，例如具有超高可靠性和超低延迟的通信，高分辨率本地化（在厘米级别）和高精度设备间同步（在1 s内）。预计6G可靠性和等待时间要求会因具体情况而异。最极端的一种是工业控制，其中十亿个传输位中只有一个错误位具有0.1 ms的延迟。

我们可以预见，对于6G，数据流量和连接物的数量将大大增加。设备密度可能会增长到每立方米数百个设备。这对面积或空间频谱效率以及连接所需的频带提出了严格的要求。

安全性，隐私性和可靠性是重要的新兴KPI。6G将需要高度安全，以满足工业和高端用户的苛刻要求，同时对于物联网（IoT）应用而言，其成本要低且复杂度要低。

对于未来的网络，将需要更宽的无线电带宽，但只能在亚THz和THz频段找到。该频谱的利用带来了许多挑战，但也带来了机遇。因此，尽管6G还将利用较低频率上的所有现有和未来频带作为移动蜂窝大面积覆盖的推动力，但无线电硬件研究将主要集中在该频谱领域。超高效的短距离连接解决方案将是6G的关键，而6G是未来更高频段可以发挥作用的领域。

分子吸收对路径损耗具有重大影响，尤其是在距离较长时（在高达400 GHz的频率下约为1…10 dB / km）。但是，对于本地连接而言，与自由空间损耗相比，影响仍然很小，并且可以将THz无线电频谱划分为500 GHz以上的大气吸收峰之间的有利频谱窗口。除技术界限外，在对无线电频谱进行分类时，还应考虑各种材料的渗透和表面的反射。

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