6G无线系统的应用,趋势,技术以及开放性研究

专业名词:eMBB:enhenced mobile broadband(增强型移动宽带)
URLLC:ultra-reliable low latency commucations(超可靠低延迟通信)
Multisensory XR Applications:多传感器扩展现实
Connected Robotics and Autonomous System(CRAS)–互联机器人和自主系统
Wireless Brain-Computer Interactions(BCI)–无线脑机交互
Blockchain and Distributed Ledger Technologies()DLT --区块链和分布式账本技术
Quality-of-physical-experience(QoPE)–物理体验质量
mMTC(Massive Machine Type Commucation)–大规模机器类型通信
3CLS–Commucations,Computing,Control,Location and Sensing(通信、计算、控制和传感)
MBRLLC(Mobile Broadband Reliable Low Latency Commucation)–移动宽带可靠低延迟通信
mURLLC(Massive Ultra-reliable and Low Latency)–巨型超可靠低延时通信
HCS(Human-Centric Service)–人本服务(以人为中心的服务)
Multi-purpose 3LCS and energy services–MPS(多用途3LCS和能源服务)
LISs–Large Intelligence Surfaces–大型智能表面

A Vision of 6G Wireless Systems:Applications,Trends,Technologies,and Open Research Problems

对6G技术的展望

这篇文章的目的是作为一个基础来激更多关于6G技术的研究,主要贡献是对6G系统进行了展望。开篇说5G的部署暴露了系统的固有局限性(但未具体说明),5G的缺点推动了6G无线系统的定义。本文主要是提出了一个定义6G系统的原则。本文首先确定6G系统的主要驱动因素(以后的应用和伴随的技术趋势)然后提出了新的服务类型,并且说明了他们的目标性能需求以及发展趋势。【虽然5G能够支持基本的IOE(万物互联)和URLLC(ultra-reliable low latency communications,超可靠低延迟通信),但是由于新的IOE技术(XR(extend reality扩展现实技术(AR/MR/VR)))到远程医疗、飞行器以及脑机接口、区块链和分布式账本技术等,5G 不一定能够支持】,6G的驱动力将是过去的趋势(密度化、更高速率和大规模天线以及新兴趋势(包括新服务和最近在无线设备(智能穿戴、植入式设备以及扩展现实设备))的改革)的融合,其中多传感器扩展现实、互联机器人和自主系统(CRAS) 、无线脑机交互和区块链以及分布式账本技术是评估6G无线系统的革核心指标。
接着说明了新应用的产生会导致新的驱动趋势:
趋势1:More Bits,More spectrum,More Reliability(更多比特、更宽频谱和更高的可靠度)
6G应用需要更高的数据传输速率和更宽的频谱以及更高的可靠性。
趋势2:From Areal to Volumetric Spectral and Energy Efficiency(从区域光谱到体积光谱和能源效率) 6G的3D特性需要朝着体积而非面积带宽的定义出发。
趋势3:Emergence of Smart Surfaces and Environments–智能表面和环境的出现
使用类似电磁活性的大型智能表面和环境进行无线通信将推动6G体系结构的发展。
趋势4:Massive Availability of Small Data–小数据的大规模可用性
这一趋势推动了超越经典大数据分析的新机器学习技术
趋势5:From Self-Organizing NetWorks(SON) to Self-Sustaining Networks–从自组织网络到自我维护网络。CRAS和DLT技术迫切需要智能子系统来管理网络操作、资源以及优化。所以6G需要从自组织网络转变为自维护网络。
趋势6:** Converegence of Commucations,Computing,Control,Localization, and Sensing–通信、计算、控制定位和感知系统的统合**
趋势7:End of Smartphone Era–智能手机时代的终结
可穿戴设备、智能人体植入物等可以直接从人类感官种获取输入,从而终结智能手机
这些新趋势带来的新的目标和要求要分两个阶段实现,beyond 5G revolution and a revolutionary 6G step(超越5G的演进和革命性的6G步骤)

下图为5G、超5G以及6G的各项需求指标
在这里插入图片描述

文章接着阐述了新的6G服务类别
1 Mobile Broadband Reliable Low Latency Communication(MBRLLC)----(移动带宽可靠低延迟通信) MBRLC概括了经典的URLLC和eMBB服务,能源效率是MBRLLC的核心
2 Massive URLLC(巨型超可靠低延时通信):6G对URLLC进行了扩展,产生了一个新massice URLLC (MURLLC)
3 HCS(Human Centric Services,HCS)–人本服务
人本服务需要QoPE(物理体验指标)来衡量,网络性能有用户的生理和行为决定.

4 Multi-Purpose 3CLS and Energy Services–多用途3CL和能源服务
这种服务对CRAS(互联机器人–自主系统)等应用极其重要.
下图是对6G服务类型、性能指标以及应用例子所作总结
在这里插入图片描述

接着说明了支持6G服务类型实现的技术
1 Above 6GHz for 6G—from Small Cells to Tiny Cells(超过6GHz的6G–从小单元到微型单元)
由于6G对更高数据速率的需求使得人们探索低于6GHz的更高频段
2 Transceivers with Integrated Frequency(集成频段的收发器)
单个密集高频小单元无法提供6G所需的无缝连接所以需要一个集成频段的收发器。
3 Communication with Large Intelligent Surfaces(与大型智能表面通信): 根据趋势3以及趋势7的发展需求

4 Edge AI --边缘人工智能
SSN、MPS等支持6G系统的功能更将会由‘collective network Intelligence’(集成网络智能加以补充),即网络人工智能被推到边缘。
5 Integrated Terrestrial,Airborne,and Satellite Networks:集成的综合地面、机载和卫星网络
6 Energy Transfet and Harvesting(能量收集和转移):
7 Beyond 6G(超越6G)
6G之外的技术也能促进6G技术的发展,例如量子计算与通信,其他类似的技术包括射频和非射频链路(如光学、神经、分子和其他通道)
然后为这些技术的研究方向提供了日程规划
1 3D Rate-Reliable-Latency Fundamentals(3D速率可靠性延迟基础):6G系统的基本3D性能,在速率可靠性延迟权衡和SEE方面,是必须的
  Exploring Integrated,Heterogeneous High-Frequency Bands(探索集成的,异质的高频带):
还有一个重要的方向是研究THz,mmWave,如微波电池在所有层的共存,建立早期的研究工作
3 3D Networking(3D网络)
由于地面,机载以及卫星网络的集成,6G必须支持3D空间的通信.
4 Communications with LIS(与大型智能表面的交流):
可以利用基于LIS反射表面来增强微小细胞的范围和覆盖范围,并动态的改变传播环境
5  AI for Wireless(无线人工智能)
需要在6G上使用可靠的ML(Machine Learning)算法来实现之前提到的应用,例如无线脑机接口,互联机器人自主网络等
6 QoPE Metrics(物理体验质量指标):
新设备的出现不仅需要真实世界的物理实验,也需要新的严格的QoPE数学表达式
7 Joint Comucation and Control(联合通信与控制): CRAS的操作是由实际控制系统控制的,需要从无线6G链路输入数据,所以在6G上操作CRAS需要通信和控制协同设计,从而优化6G无线链路的性能以满足控制系统的稳定性.
8 3LCS: CRAS,XR以及DLT等应用都需要3LCS技术.
9 6G Protocol Designs(6G 协议的设计):6G无线通信的产生需要对应的协议.
10 RF and Non-RF Link Integration(射频和非射频链路集成)
11 Holographic Radio(全息无线电):
全息射频可以通过空间光谱全息和空间波场合成来控制整个物理空间和电磁场的全闭环,这大大提高了频谱利用率和网络容量.
下图现实了实现6G的必要基础和相关分析工具在这里插入图片描述
下图是对6G中研究领域的总结
在这里插入图片描述

最后为6G的研究路线提供了具体的建议。
建议1:实现6G的第一步是在高频毫米波频段和更高频段(THz)实现MBRLC和移动性管理
**建议2:**6G需要从以无线电为中心的设计(即3GPP)转向在AI驱动的智能基板的协调下进行端到端3CLS设计.
建议3 : 6G不再是探索额外的高频频谱来提供更多的能量,相反,它是由不同的应用,技术,和技术组合来驱动.
建议4: 6G将从智能手机基站模式过渡到智能表面与人类嵌入式和植入式设备通信的新时代
建议5: 6G的性能分析和优化需要在3D空间中进行操作,并从简单的平均化转向处理尾部,分布式和QoPE的细粒度分析.

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