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解读全球首个6G白皮书:技术挑战在哪?推动者是谁?

2019-11-13 10:14:20 阅读:
芬兰奥卢大学发布了全球首个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。
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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。4KPednc

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。4KPednc

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。4KPednc

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。4KPednc

研究者们主要关注的问题:4KPednc

  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?

三、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。4KPednc

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由学术界和工业界在不同的论坛提出的一般的6G目标4KPednc

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。4KPednc

下图中列出了一些潜在的6G KPI,包括先前讨论的技术KPI。4KPednc

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最初的6GKPI4KPednc

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 µs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。4KPednc

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。4KPednc

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。4KPednc

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。4KPednc

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。4KPednc

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光谱窗口,自由空间损失和水汽吸收的影响距离为10米4KPednc

下图给出了可用于5G和6G的频带的基本特性。应注意的是,从30 GHz开始进入THz区域时,自由空间损耗的增加非常小。如果天线面积保持恒定,则通过增加天线增益来补偿自由空间损耗。而不是自由空间的损失,较高频率的缺点是RF硬件的复杂性和并行性增加,并且波束宽度减小,这在移动应用中产生了信号采集和波束跟踪的问题。4KPednc

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5G和6G频谱4KPednc

当前许多物联网场景都受范围,成本和电池限制,无法轻易扩展到更高的频率。相反,诸如传输全息视频之类的数据速率密集型方案要求带宽即使在当前的毫米波频谱中也不可用。需要根据子带的吸收和反射特性来安排THz频谱的频谱利用,以优化通信和其他应用的使用和重用。具体而言,在支持多种应用的方案中,必须通过仔细的频率规划来防止谐波产物的重叠。由于弱信号检测中的灵敏度是关键瓶颈之一,因此在频率调节中应优先考虑采取预防措施。4KPednc

研究者们主要关注的问题:4KPednc

  1. 如何评估和量化联合国可持续发展目标KPI指标?
  2. 对于6G通信应用而言,什么是合适的无线电信道模型?是否有可能统一从GHz到THz的整个范围的模型?
  3. 在100 GHz以上的商用频段需要什么可行的频段?需要哪些技术?
  4. 数据隐私和安全的适当指标是什么?
  5. 未来频谱分配和相关政策的真正需求是什么?

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