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2.1 6G总体愿景

5G时代,我国5G推进组IMT-2020(5G)很早就提出了5G的目标:5G要实现光纤般的接入速率、零时延的使用体验、千亿设备的连接能力、多场景的一致服务、业务及用户感知的智能优化、超百倍的能效提升和比特成本降低。为了实现上述目标,5G制定了具体的指标,整体来看,相对于4G网络,5G网络不论是从性能指标还是从效率指标上,都有极大的提升。

6G愿景是满足2030年后的信息社会需求,因此,6G愿景应该是现有5G不能满足而需要进一步提升的需求。目前,国际标准化组织还未公布6G愿景,部分研究机构基于自己的研究成果,将6G愿景概括为4个关键词——“智慧连接”“深度连接”“全息连接”“泛在连接”,而这4个关键词共同构成“一念天地,万物随心”的6G总体愿景。

概括来说,6G总体愿景是基于5G愿景的进一步扩展。

①“一念天地”中的“一念”强调实时性,是指无处不在的低时延、大带宽的连接。

②“念”还体现了思维与思维通信的“深度连接”。

③“天地”对应空-天-地-海无处不在的“泛在连接”。

④“万物随心”是指万物为智能对象,能够“随心”所想而智能响应,即“智慧连接”;呈现方式也将支持“随心”无处不在的沉浸式全息交互体验,即“全息连接”。

2.1.1 智慧连接

人工智能(Artif icial Intelligence,AI)是当前热门的话题之一,各个领域都在探索利用AI技术。无线移动通信网络与AI结合,让AI更好地赋能网络成为必然趋势。

人们已经开始尝试在5G系统中使用AI技术,但当前5G与AI的结合只是利用AI对传统网络架构进行优化改造,而不是真正以AI为基础打造全新的智能通信网络系统。

AI技术应用于5G网络的时间相对较晚,近几年才真正展开研究并尝试把AI技术应用于5G网络,而5G网络架构本身早已定型。尽管5G网络架构设计初期考虑了足够的灵活性(即软件可定义),但毕竟没有考虑AI技术特点,依然属于传统的网络架构体系。

AI技术尽管发展很快,也已经在一些领域展现了强大的能力,但在更多领域依然处于探索阶段,AI与无线通信技术结合的研究刚刚起步,距离真正技术成熟还需要一个长期的研究过程。

不过,AI的发展趋势让我们看到了未来10年其技术成熟的可能性。同时,考虑到未来6G网络结构将会越来越庞大,业务类型和应用场景也越来越复杂多变,充分利用AI技术来解决这些复杂的需求是必然的选择。

未来,6G将会突破传统移动通信系统的应用范畴,演变为支撑全社会、全领域/行业运行的基础性互联网络。未来网络如果依然以现有统一的通信网络框架来支撑6G时代极具差异化的繁杂应用,将会面临前所未有的挑战。

AI技术的新一轮复兴及迅猛发展,为应对上述挑战并超越传统移动通信设计理念与性能提供了潜在的可能性,并将充分赋能未来6G网络。因此,我们认为基于AI技术构建6G网络将是必然的选择,“智慧”将是6G网络的内在特征,即“智慧连接”。

“智慧连接”的特征可以表现为通信系统内在的全智能化,即网元与网络架构的智能化、连接对象的智能化(终端设备智能化)、承载的信息支撑智能化业务。未来,6G网络将会面临诸多挑战:更复杂、更庞大的网络,更多类型的终端及网络设备,更加复杂多样的业务类型。“智慧连接”将同时满足两个方面的需求:一方面是所有连接在网络的设备智能化,相关业务也已智能化;另一方面是复杂庞大的网络本身也需要智能化的方式管理。“智慧连接”将是支撑6G网络其他三大特性“深度连接”“全息连接”和“泛在连接”的基础特性。

2.1.2 深度连接

传统蜂窝网络建设正在向优化室内接入需求的深度覆盖转变,为实现室内深度覆盖,工程中一般采用室外宏基站,或在室内部署无线节点。4G及以往的蜂窝网络系统是针对以人为中心的通信需求,深度覆盖针对人员活动的典型室内场景进行优化。经过多代无线通信系统的技术演进及工程经验积累,针对人员活动场所的典型室内场景覆盖优化技术已经非常成熟。

5G应用伊始,通信对象从以人为中心的通信扩展为同时包括物联通信,即万物互联。因此,5G及未来无线通信网络设计及其部署需要兼顾人和物的深度覆盖需求,尤其是物联场景的深度覆盖。

人类生产和生活空间不断扩大,信息交互需求的类型和场景越来越复杂。以5G为开端的万物互联将会促进物联网通信需求快速增加,并很可能在未来几年内爆发。相对于人员的通信需求,物联网信息交互无论是空间范围还是信息交互类型,都将会极大地扩展。可以预期,未来物联需求会从以下4个方面快速发展。

① 连接对象活动空间深度扩展。

② 更深入的感知交互。未来的通信设备及其连接对象将大部分智能化,从而需要更深度的感知、更实时的反馈与响应,如同延伸人的躯干和四肢。

③ 物理网络世界的深度数据挖掘。AI深度学习会提升未来通信网络的数据深度挖掘与利用效率,同时也将推动大数据通信的发展。

④ 深入神经的交互。脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)等技术的成熟,将使思维与思维的直接交互成为可能,一定程度的“心灵感应”将变为现实。

10年后的6G系统,接入需求或从深度覆盖演变为“深度连接(Deep Connectivity)”,其特征可以概括为以下3个方面。

① 深度感知(Deep Sensing):触觉网络。

② 深度学习(Deep Learning):深度数据挖掘。

③ 深度思维(Deep Mind):心灵感应、思维与思维的直接交互。

2.1.3 全息连接

AR / VR被认为是5G最重要的需求之一,是对5G高吞吐量需求的典型应用之一,5G能够支持把当前有线或固定无线接入的AR / VR变为更广泛场景的无线移动AR / VR。一旦AR/VR可以更简单方便且不受位置限制地被使用,其将会促进AR / VR业务快速发展,进而刺激AR /VR技术与设备的快速发展与成熟。

10年后,媒体交互形式将可能从以平面多媒体为主,发展为以高保真AR / VR交互为主,甚至是全息信息交互,无线全息通信将成为现实。高保真AR / VR将普遍存在,全息通信也可以随时随地进行,人们可以在任何时间和地点享受完全沉浸式的全息交互体验,即实现“全息连接”的通信愿景。当然,如果想基于无线通信网络实现全息通信、高保真AR / VR,将会面临诸多挑战,许多文献已经在研究采用AI技术解决相关问题,解决这些问题的关键是依靠“智慧连接”支持和推进。

“全息连接”的特征主要有全息通信、高保真AR / VR、随时随地无缝覆盖的AR / VR。

2.1.4 泛在连接

传统蜂窝网络也有随时随地的无线接入需求。在5G/6G系统中,相对于人与人之间的通信需求,物联网信息交互在空间范围、交互类型等方面都会得到极大的提高。

物联设备的活动范围将会极大地扩展通信接入的地理空间,包括无人探测器被布置于深地、深海或深空,有人/无人飞行器进入中、高空,自主机器人、远程遥控的智能机器设备深入恶劣环境等。

随着航空、深海探测等领域的科学技术快速发展,人类在一些极端自然环境下的生存能力提升,自身的活动空间也在快速扩展。例如,2030—2040年,也许会有更多人有机会进入外太空,卫星与地面、卫星之间及卫星与航天器之间的通信需求将会更普遍,而不是现在仅局限于少数专业的科学探索领域的特殊通信需求。人类在地面的活动踪迹也会更多地出现在极地、沙漠等,更多人会进入无人岛屿。上述通信场景构成10年后更为广泛的“随时随地”连接需求,即实现真正的“泛在连接”,广阔的世界也将变得越来越触手可及。

“泛在连接”的特征概括为:全地形、全空间立体覆盖连接,即空-天-地-海随时随地的连接,或空-天-地-海一体化通信。“深度连接”和“泛在连接”二者对比,前者侧重连接对象的深度,后者强调地理区域的广度。

上述未来四大6G愿景总结如下。

“智慧连接”是未来6G网络的大脑和神经,“深度连接”“全息连接”和“泛在连接”三者构成6G网络的躯干,这4个愿景共同使6G网络成为完整的、拥有“灵魂”的有机整体。

未来,通信系统将会在现有5G的基础上进一步发展增强,真正实现信息突破时空限制、网络拉近万物距离,实现无缝融合的人与万物智慧互联,并最终达到“一念天地,万物随心”的6G总体愿景。 TlGLoVxHD0Iz2z/DRgm9ai5DmXbz60HhuHHjT6CII3o+idBxWKflkZKp0pRF6mGS

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