移动通信网络的新一代性能指标需求一般以上一代网络为基础,通过重构或优化网络架构、协议方案,取得网络性能指标的不断提升;同时依据潜在的新兴业务发展需求,内生性引入新兴的技术方案,有效增加网络指标体系的衡量维度。
未来,6G时代的通信业务应用(例如全息通信、数字孪生、空天智联网等)对数据速率、时延和连接数等网络关键绩效指标(Key Performance Indicator,KPI)的需求与5G相比可能呈数量级增长。对于5G网络的延续性能力指标,例如,速率、频谱效率、流量密度、连接密度、时延与可靠性、移动性、系统带宽及系统能效等,6G网络需要结合新愿景和新需求,通过采用太赫兹、可见光、超大规模天线、AI等一系列使能技术进行全面增强。6G典型业务、网络能力KPI和使能技术示意如图2-1所示。
图2-1 6G典型业务、网络能力KPI和使能技术示意
1.vRAN:virtualized Radio Access Network,虚拟接入无线网。
5G增强类指标在6G网络的预期和能力需求的大致提升内容如下。
速率包括小区级上行峰值速率、下行峰值速率及用户级体验速率指标,6G网络支持毫米波、太赫兹频段通信,速率指标可以提升到5G网络的数十倍以上。
6G网络支持空-天-地-海全域连接,从二维空间到三维空间的连接提升及连接终端的增长需要6G网络的连接密度进一步提升。
6G网络需要支持更精细粒度的空口调度时间间隔,6G网络硬件需要进一步提升处理能力,在5G网络的基础上,保障相同业务可靠性的前提下,6G网络的空口时延需要进一步降低,单次业务包传输的空口最低时延需要降低到百微秒级以下。
6G网络需要支持高铁、飞机等交通工具运行状态下的用户连接,支持用户移动速度达到1000km/h以上。另外,6G网络机器人、智能工厂等业务对于精准定位的要求也远高于5G。
通过在更高频段支持更大的系统带宽,6G网络容量将急剧提升,而高频系统的覆盖面积将降低,因此,6G网络支持的流量密度能力需要提升到5G网络的数十倍到数百倍。
频谱效率包括小区级上行峰值频谱效率、下行峰值频谱效率、平均频谱效率及用户级体验频谱效率,单流业务6G网络的频谱效率指标需要进一步提升。
6G网络支持毫米波、太赫兹频段部署,支持单载波或者多载波聚合情况下的系统带宽需要达到1GHz甚至10GHz以上。
6G网络能效需要支持有负载场景下的高效的数据传输,支持无负载场景下的低能耗运行。因此,在支持系统休眠的基础上,支持更灵活的休眠态与激活态调整及更低的状态转换时延是衡量6G网络系统能效的重要指标之一。
除了传统通信类指标增强,6G网络还将演进和衍生出更多的衡量维度,既包括比较具体的维度,例如,感知技术融合后衍生的感知灵敏度等指标,也包括抽象能力的指标维度,例如,智能和安全信任能力的衡量、算力评估等。
本节综合业界各方提出的指标体系,给出了6G关键指标要求的参考值,以供参考。6G与5G关键指标能力对比见表2-1。
表2-1 6G与5G关键指标能力对比
从安全信任的能力衡量维度来看,6G网络要包含网络态势感知的多维度性能统计,以及对网络风险进行分析评估的系列指标包,使网络可以量化地感知网络态势和评估网络风险,及时更新安全防护策略。另外,安全信任的使能需要对用户和业务的安全需求进行具体等级划分,映射至具体的量化维度和指标,便于网络根据不同等级实现安全可信服务的按需定制、动态部署、自适应响应,保证安全运维的自动化、可信化、智能化。
从智能原生的能力衡量维度来看,6G网络将在系统架构设计和协议栈设计阶段开始考虑AI相关需求并对其进行标准化和固化,使6G网络可以在内部自动完成全局的智能化。对智能内生能力的自适应、自生成、自学习、自恢复、自伸缩等方面进行衡量,不仅要衡量能力的功能特性,还需要对各项能力进行量化对比,否则在进行相关技术标准化和协议设计时,无法定量化地判断某些技术是强智能还是弱智能。
从算力评估的维度来看,部分算力量化体系现阶段还比较粗放,业界提出需要从计算业务类型、服务质量(Quality of Service,QoS)分类、计算并发度要求、通信类型、网络时延和调度效率等维度入手,开展相关的详细评估和深入研究。
上述指标分析是基于业务需求提出的未来6G网络能力指标体系的预期和愿景,基于该预期和愿景,业界将讨论和研发使能上述需求的关键技术,最终网络能力指标体系的成型会受限于相关使能技术的突破和发展。6G网络新演进的最终量化指标可能会反映和融合智能、安全可信和算力等使能特征和衡量维度。另外,6G丰富的多维度网络指标体系除了被独立提出,在下一代无线网络中还可能以组合/指标包的形式存在,可适用于多样化用户和业务应用需求。