<s>6G_m 移动_vn 通信_vn 网络_n :_w 愿景_n 、_w 挑战_v 与_c 关键_n 技术_n</s>
<s>赵亚军_nr 郁光辉_nr 徐汉青_nr</s>
<s>中兴_nz 通讯_n 无线_b 研究院_n 算法部_n</s>
<s>中国_ns 科学_n :_w 信息_n 科学_n 2019_m (_w 08_m )_w</s>

<s>摘要_n ：_w 随着_p 5G_n 网络_n 开启_v 规模_n 商业_n 部署_vn ,_w 越来越_d 多_a 的_u 研究_vn 机构_n 及_c 相关_vn 人员_n 开始_v 对_p 下_f 一_m 代_q 移动_vn 通信_vn 系统_n 进行_v 研究_vn ._w 本_r 文_Ng 将_d 探讨_v 10年_t 后_f (_w 2030年_t ～_w )_w 的_u 6G_nx 概念_n ._w 本_r 文_n 首先_c 用_p 4_m 个_q 关键_a 词_n 概括_v 未来_t 6G_nx 愿景_n :_w “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 深度_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 全息_n 连接_vn ”_w 和_c “_w 泛_v 在_b 连接_vn ”_w ,_w 而_c 这_r 4_m 个_q 关键_a 词_n 共同_d 构成_v “_w 一_m 念_v 天地_n ,_w 万物_n 随心_l ”_w 的_u 6G_m 总体_n 愿景_n ._w 接着_c 分析_v 了_u 实现_v 6G_nx 愿景_n 面临_v 的_u 技术_n 需求_n 与_c 挑战_vn ,_w 包括_v 峰_n 值_n 吞吐量_n 、_w 更_d 高_a 能效_n 、_w 随时随地_l 的_u 连接_vn 、_w 全新_b 理论_n 与_c 技术_n ,_w 以及_c 一些_m 非_h 技术_n 挑战_vn ._w 然后_c 分类_v 给_v 出_v 了_u 6G_m 潜在_b 关键_a 技术_n :_w 新_a 频谱_n 通信_vn 技术_n ,_w 包括_v 太赫兹_nz 通信_vn 和_c 可见_v 光_n 通信_vn ;_w 基础性_n 技术_n ,_w 包括_v 稀疏_a 理论_n (_w 压缩_vn 感知_vn )_w 、_w 全新_b 信道_n 编码_n 、_w 大_a 规模_n 天线_n 、_w 灵活_a 频谱_n 使用_vn ,_w 以及_c 基于_p AI_nx 的_u 无线_b 通信_vn 技术_n ;_w 专有_b 技术_n 特性_n ,_w 包括_v 空天_j 地_j 海_j 一体化_vn 网络_n 和_c 无线_b 触觉_vn 网络_n ._w 本_r 文_Ng 通过_p 探讨_v 6G_nx 愿景_n 、_w 需求_n 与_c 挑战_vn ,_w 以及_c 潜在_b 关键_a 技术_n ,_w 尝试_v 勾勒_v 出_v 6G_nx 的_u 整体_n 框架_n ,_w 以_p 期_Vg 为_p 后续_v 展开_v 6G_m 研究_vn 提供_v 方向性_n 指引_vn ._w</s>
<s>关键_n 词_n ：_w 6G_m ;_w 愿景_n ;_w 太_n 赫兹_nz ;_w 可见_v 光_n 通信_vn ;_w 压缩_vn 感知_vn ;_w 全_a 自由度_n 双_m 工_n ;_w 无线_b 触觉_n 网络_n</s>
<s>作者_n 简介_n ：_w *_w 赵亚军_nr ,_w E-mail: zhao.yajun1@zte.com.cn_nx ;_w</s>
<s>收_v 稿_Ng 日期_n ：_w 2019-02-12_m</s>

<s>1_m 引言_n</s>
<s>随着_p 5G_n 第一_m 个_q 标准_a 版本_n 完成_v ,_w 2019年_t 将_d 会_v 有_v 5G_n 网络_n 设备_n 小_a 规模_d 试_v 商用_v ,_w 首_m 批_q 符合_v 5G_n 标准_n 的_u 终端_n 亦_d 将_d 上市_v ._w 可以_v 预期_v ,_w 拥有_v 3_m 大_a 技术_n 特性_n (_w enhanced mobile_nx broadband_nx ,_w eMBB_nx ;_w massive_nx machinetype-communications_nx ,_w mMTC_nx ;_w ultra-reliable_nx low-latency_nx communications_nx ,_w uRLLC_nx )_w 的_u 5G_n 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n 将_d 支撑_v 未来_t 10_m 年_q (_w 2020∼2030年_t )_w 信息_n 社会_n 的_u 无线_b 通信_vn 需求_n ,_w 成为_v 有史以来_l 最_d 庞大_a 复杂_a 的_u 通信_vn 网络_n ,_w 并_c 将_d 在_p 多_a 方面_n 深刻_ad 影响_v 社会_n 发展_vn 及_c 人类_n 生活_vn :_w 与_p 水_n 和_c 电_n 一样_a ,_w 移动_vn 通信_vn 也_d 将_d 成为_v 人类_n 社会_n 的_u 基本_a 需求_n ,_w 成为_v 推动_v 社会_n 经济_n 、_w 文化_n 和_c 日常_b 生活_vn 在内_u 的_u 社会_n 结构_n 变革_vn 的_u 驱动力_n ,_w 将_d 会_v 极_a 大_a 地_u 扩展_v 人类_n 的_u 活动_vn 范围_n ._w</s>
<s>当然_d ,_w 上述_b 5G_n 愿景_n 还_d 需要_v 通信_vn 领域_n 的_u 技术_n 人员_n 与_p 其他_r 相关_vn 行业_n 人员_n 一起_d 努力_a ,_w 经过_p 一定_b 的_u 时间_n 逐步_d 实现_v ,_w 包括_v 标准_n 不断_d 完善_v 、_w 工程_v 化_v 逐步_d 落地_v 及_c 商业_n 应用_vn 模式_n 突破_v 等_u ._w 这里_r 从_p 标准化_vn 角度_n 观察_v 5G_n 标准_n 不断_d 成熟_a 完善_v 的_u 过程_n ._w</s>
<s>当前_t 处于_v 5G_n 标准化_v 的_u 第一_m 阶段_n ,_w 即_v 5G_n 基础_n 功能_n 标准化_vn 阶段_n ._w 此_r 阶段_n 主要_d 针对_v eMBB_nx 技术_n 特性_n 优化_vn ,_w 同时_c 兼顾_v uRLLC_nx 和_c mMTC_nx 两_m 种_q 特性_n 的_u 基础_n 需求_n ,_w 包括_v 5G_n NR_nx (_w new_nx radio_nx )_w Rel-15_nx 和_c Rel-16_nx 两_m 个_q 标准_a 版本_n ._w 5G_n 第一_m 个_q 基础_n 标准化_vn 版本_n (_w 5G_n NR_nx Rel_nx -_nx 15_m )_w 已_d 基本_ad 完成_v ,_w 包括_v 分_v 阶段_n 发布_v 的_u 3_m 个_q 子_b 版本_n 国际_n 标准化_vn 组织_n 3GPP_nx 于_p 2018年_t 3月_t 发布_v 了_u 第一_m 个_q 5G_n 技术_n 标准_n ,_w 支持_v 非_h 独立_a 组网_vn (_w non_nx -_w standalone_nx NSA_nx )_w 与_c eMBB_nx 功能_n [_w 1_m ]_w ;_w 2018年_t 9月_t ,_w 3GPP_nx 批准_v 了_u 5G_n 独立_a 组网_v (_w standalone_nx ,_w SA_nx )_w 技术_n 标准_n [_w 2_m ]_w ,_w 5G_n 自_p 此_r 进入_v 了_u 产业_n 全面_ad 冲刺_v 的_u 新_a 阶段_n ;_w 2018年_t 12月_t 3GPP_nx 于_p RAN-82_nx 全会_n 上_f 宣布_v ,_w 最后_f 一_m 个_q 子_b 版本_n (_w 5G_n NR_nx Rel_nx -_w 15_m late_nx drop_nx )_w 于_p 2019年_t 3月_t 发布_v ,_w 支持_v NR_nx -_w NR_nx DC_nx (_w dual_nx connectivity_n )_w 特性_n [_w 3_m ]_w ._w 而_c 5G_n 第二_m 个_q 标准_a 版本_n (_w Rel_nx -_nx 16_m )_w ,_w 其_r 所有_b 技术_n 特性_n 已_d 通过_v 标准_n 立项_v ,_w 相关_vn 标准化_vn 工作_vn 正在_d 如火如荼_i 地_u 进行_v 中_f ,_w 并_c 将_d 于_p 2019年_t 12月_t 完成_v 并_c 正式_ad 发布_v ._w</s>
<s>5G_n 标准化_v 的_u 下_f 一_m 阶段_n (_w 可_v 称为_v “_w 5G_n +_w ”_w )_w 将_d 从_p 2020年_t 开始_v ,_w 对应_v 的_u 标准_n 版本_n 为_v 5G_n NR_nx Rel-17_nx 及_c 后续_vn 版本_n ,_w 标准化_vn 重点_n 包括_v 两_m 方面_n [_w 4_m ]_w :_w 优化_v uRLLC_nx 和_c mMTC_nx 两_m 种_q 物联网_n (_w Internet_nx of_nx Things_nx IoT_nx )_w 特性_n ,_w 以_c 更_d 好_a 支持_v 垂直_vn 行业_n 的_u 应用_vn (_w 例如_v ,_w 工业_n 无线_b 互联网_n 、_w 高铁_j 无线_b 通信_vn 等_u )_w ;_w 设计_v 支持_v 52.6∼114.25_m GHz_q 毫米_q 波_n 频段_n 的_u 空口_n 特性_n ._w 预期_v 5G_n 标准化_v 的_u 第二_m 阶段_n 将_d 会_v 吸引_v 更_d 多_a 垂直_vn 行业_n 领域_n 成员_n 参与_v 标准_n 制定_vn ,_w 从而_c 5G_n 标准_n 可以_v 更_d 好_a 地_u 针对_p 垂直_vn 行业_n 需求_n 进行_v 标准_n 优化_vn ._w</s>
<s>尽管_c 5G_n 尚_d 处于_v 规模_n 商用_b 起步_vn 阶段_n ,_w 相关_vn 技术_n 特性_n 还_d 需要_v 继续_v 增强_v 完善_v ,_w 物联网_n 及_c 垂直_vn 行业_n 应用_vn 场景_n 的_u 业务_n 模式_n 也_d 需要_v 继续_v 探索_v ,_w 但_c 我们_r 也_d 有_v 必要_an 同步_vd 前_f 瞻_Vg 未来_t 信息_n 社会_n 的_u 通信_vn 需求_n ,_w 启动_v 下_f 一_m 代_q 移动_vn 通信_vn 系统_n 概念_n 与_c 技术_n 研究_vn ._w 这里_r 我们_r 尝试_v 从_p 3_m 方面_n 分析_v 即刻_d 启动_v 下_f 一_m 代_q 移动_vn 通信_vn 系统_n (_w 为_v 简化_v 表达_v 下文_n 将_d 统一_ad 用_v 6G_m 标识_n )_w 概念_n 与_c 技术_n 研究_vn 的_u 必然性_n ._w</s><s>(_w 1_m )_w 10_m 年_q 周期_n 法则_n ._w “_w 自_p 1982_m 年_q 引进_v 第一_m 代_q (_w 1G_nx )_w 移动_vn 通信_vn 系统_n 以来_f ,_w 大约_d 每_r 10_m 年_q 更新_v 一_m 代_q 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n ”_w [_w 5_m ]_w ,_w 而且_c 任何_r 一_m 代_q 从_p 开始_v 概念_n 研究_vn 到_p 商业_n 应用_vn 都_d 需要_v 10_m 年_q 左右_m 的_u 时间_n ,_w 也_d 即_v ,_w 当_p 上_f 一_m 代_q 进入_v 商用期_n ,_w 下_f 一_m 代_q 开始_v 概念_n 和_c 技术_n 研究_vn ._w 5G_n 研究_vn 始于_v 10_m 年_q 前_f ,_w 现在_t 启动_v 6G_m 研究_vn 符合_v 移动_vn 通信_vn 系统_n 发展_vn 规律_n ._w</s><s>(_w 2_m )_w “_w 鲶鱼_n 效应_n ”_w ._w 不同_a 于_p 前_f 几_m 代_q 移动_vn 通信_vn 系统_n ,_w 5G_n 主要_d 针对_v 物联网_n /_w 垂直_vn 行业_n 应用_vn 场景_n ._w 随着_p 5G_nx 网络_n 规模_n 部署_v ,_w 尤其是_d 5G_n 中后期_t ,_w 必_d 将_d 会_v 有_v 众多_m 垂直_vn 行业_n 成员_n 深度_n 参与_v 5G_n 生态_n ._w 与_p 传统_n 运营商_n 主导_n 的_u 现状_n 相比_v ,_w 未来_t 新兴_b 企业_n (_w 尤其是_d 天生_d 具有_v 创新_vn 思维_n 的_u 互联网_n 公司_n )_w 的_u 深入_a 参与_vn 将_d 会_v 对_p 传统_n 通信_vn 产业_n 产生_v 巨大_a 冲击_vn ,_w 甚至_d 是_v 革命性_n 影响_vn ,_w 即_v 所谓_v “_w 鲶鱼_n 效应_n ”_w ._w</s><s>(_w 3_m )_w IoT_nx 业务_n 模式_n 爆发_vn 潜力_n ._w 如同_v 当年_t 智能_n 手机_n 的_u 出现_vn 刺激_v 了_u 3G_nx 应用_vn 并_c 触发_v 4G_nx 规模_n 部署_vn 需求_n ,_w 相信_v IoT_nx 业务_n 某些_r 模式_n 亦_d 将_d 会_v 在_p 5G_nx 时代_n 某_r 时间点_n 刺激_v 5G_nx 产业_n 爆发_vn ,_w 进而_c 刺激_v 对_p 未来_t 6G_m 网络_n 的_u 需求_n ._w 我们_r 需要_v 有_v 足够_v 的_u 想象力_n ,_w 并_c 需要_v 为_p 可能_v 到来_v 的_u 未来_t 网络_n 提前_v 着手_v 准备_v ,_w 打_v 好_a 技术_n 基础_n ._w 综_Dg 上_f 分析_v ,_w 我们_r 可以_v 得出_v 结论_n ——_w 现在_t 是_v 开启_v 下_f 一_m 代_q 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n (_w 6G_nx )_w 研究_vn 的_u 合适_a 时机_n ._w</s>
<s>近期_t ,_w 越来越_d 多_a 的_u 机构_n 或_c 个人_n 开始_v 涉及_v B5G_nx 或_c 6G_nx 概念_n ,_w 包括_v 学术界_n 、_w 工业界_n 、_w 政府_n 甚至_c 公众_n [_w 6∼8_m ]_w 1_m )_w ._w 根据_p 谷歌_nz 搜索_vn 引擎_n 的_u 统计_vn ,_w “_w 6G_nx technologies_n ”_w 是_v 当今_t 搜索量_n 最_d 大_a 的_u 17_m 个_q 关键_a 词_n 之一_r [_w 9_m ]_w ._w 在_p 2018_m 美国_ns 移动_vn 世界_n 大会_n 上_f ,_w 美国_ns 联邦_n 通讯_n 委员会_n 的_u 一_m 位_q 官员_n 在_p 公开_a 场合_n 展望_v 6G_n [_w 8_m ]_w ._w 不_c 只_c 美国_ns ,_w 中国_ns 也_d 已_d 启动_v 6G_nx 相关_vn 工作_vn ._w 2018年_t 3月_t 工业_n 和_c 信息化部_n 部长_n 苗圩_nr 在_p 接受_v 媒体_n 采访_vn 时_Ng 表示_v ,_w 中国_ns 已_d 着手_v 研究_v 6G_nx 2_m )_w ._w 据悉_v ,_w 除_p 中_j 美_j 两_m 国_n 外_f ,_w 欧盟_j 、_w 俄罗斯_ns 等_u 也_d 正在_d 紧锣密鼓_i 地_u 开展_v 相关_vn 工作_vn ._w 由此_d 可以_v 看出_v ,_w 业界_n 对_p 现在_t 启动_v 6G_nx 相关_vn 研究_vn 有_v 一定_b 的_u 共识_n ._w</s>
<s>本_r 文_Ng 将_d 主要_d 探讨_v 10年_t 后_f (_w 2030年_t ∼_w )_w 的_u 通信_vn 需求_n 和_c 技术_n ,_w 即_v 针对_p 下_f 一_m 代_q 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n (_w 6G_n )_w 其_r 相对_v 5G_n 属于_v 革命性_n (_w revolution_n )_w 系统_n ._w 当然_d ,_w 不_d 排除_v 本_r 文_Ng 涉及_v 的_u 部分_m 技术_n 特性_n 提前_v 成熟_a 或_c 部分_m 业务_n 场景_n 提前_vd 应用_v 的_u 可能_n ,_w 本_r 文_n 把_p 该_r 部分_n 归属_v 5G_n 演进_vn 特性_n (_w evolution_nx )_w ,_w 即_v 可以_v 归属_v 所谓_v B5G_nx (_w beyond5G_nx )_w ._w 可以_v 预期_v ,_w 当前_t 5G_n 大部分_m 特性_n 将_d 会_v 在_p 6G_nx 系统_n 中_f 继续_v 保留_v 并_c 增强_v ,_w 但_c 这些_r 5G_nx 技术_n 增强_vn 部分_n 不_d 属于_v 本_r 文_Ng 讨论_vn 范畴_n ._w 本_r 文_n 将_d 侧重_vd 探讨_v 6G_nx 系统_n 中_f 可能_v 引入_v 的_u 革命性_n 关键_a 技术_n ._w</s>
<s>图_n 1_m (_w 网络_n 版_n 彩_Ag 图_n )_w 6G_m 愿景_n</s>
<s>Figure_n 1_m (_w Color_nx online_nx )_w 6G_m vision_nx</s>
<s>本_r 文_Ng 将_d 分别_d 从_p 需求_n 驱动_vn 和_c 技术_n 驱动_vn 两_m 个_q 维度_n 进行_v 分析_vn 讨论_vn ,_w 重点_d 探讨_v 6G_m 愿景_n 、_w 需求_n 与_c 挑战_vn 、_w 潜在_b 候选_b 技术_n ,_w 尝试_v 勾勒_v 出_v 6G_nx 的_u 整体_n 框架_n ,_w 以_p 期_Vg 为_p 后续_v 展开_v 6G_m 研究_vn 提供_v 方向性_n 指引_vn ._w 本_r 文_Ng 结构_n 安排_v 如下_v :_w 第2_m 节_q ,_w 畅想_v 6G_m 愿景_n 与_c 挑战_vn ;_w 第_m 3_m 节_q ,_w 探讨_v 可能_v 用于_v 6G_nx 的_u 潜在_b 关键_a 技术_n ;_w 最后_f 在_p 第_m 4_m 节_q 给出_v 全_a 文_n 总结_n ._w</s>
<s>26G_nx 愿景_n 与_c 挑战_vn</s>
<s>5G_n 启动_vn 初期_f ,_w 确立_v 的_u 5G_n 愿景_n 为_v “_w 信息_n 随_p 心_n 至_v ,_w 万物_n 触手_v 及_v ”_w [_w 10_m ]_w ._w 基于_p 此_r 愿景_n ,_w 确定_v 了_u 5G_nx 技术_n 指标_n 需求_n ,_w 并_c 进一步_d 提出_v 了_u 候选_b 关键_a 技术_n ._w 经历_v 了_u 概念_n 确定_vn 、_w 技术_n 研究_vn 、_w 标准化_vn 和_c 产品_n 开发_vn 过程_n ,_w 5G_nx 系统_n 即将_d 投入_v 规模_n 商用_v ,_w 5G_n 愿景_n 也_d 将_d 随着_p 标准_n 的_u 完善_vn 及_c 产业_n 的_u 成熟_an 而_c 逐步_d 实现_v ._w 现在_t 要_v 开启_v 6G_m 前_f 瞻_Vg 性_n 研究_vn ,_w 也_d 有_v 必要_an 首先_d 确立_v 6G_nx 愿景_n 及_c 相应_v 的_u 技术_n 需求_n 与_c 挑战_vn ,_w 以_c 牵引_v 后续_v 6G_nx 相关_vn 研究_vn ._w 5G_n 已经_d 如此_r 激动_a 人心_n ,_w 并_c 将_d 全面_a 地_u 赋_v 能_v 社会_n ,_w 未来_t 我们_r 还_d 能_v 做_v 什么_r ?_w</s>
<s>本_r 节_q 将_d 首先_c 给出_v 对_p 未来_t 6G_m 愿景_n 的_u 畅想_vn ,_w 并_c 浅析_v 所_u 述_Vg 愿景_n 的_u 必然性_n ,_w 然后_c 进一步_d 阐述_v 实现_v 6G_m 愿景_n 所_u 面临_v 的_u 技术_n 需求_n 与_c 挑战_vn ._w</s>
<s>2.16G_m 愿景_n (_w 6G_m vision_n )_w</s>
<s>当前_t 5G_n 的_u 目标_n 是_v 渗透_v 到_v 社会_n 的_u 各_r 个_q 领域_n ,_w 以_p 用户_n 为_v 中心_n 构建_v 全方位_n 的_u 信息_n 生态_n 系统_n ._w 但_c 受限_v 标准化_vn 时间_n 及_c 相关_vn 技术_n 发展_vn 的_u 成熟_a 度_k ,_w 在_p 信息_n 交互_b 的_u 空间_n 深度_n 和_c 广度_n 上_f 还_d 有_v 很多_m 不足_an :_w 当前_t 通信_vn 对象_n 集中_v 在_p 陆地_n 地表_n 数_m 千_m 米_q 高度_n 的_u 有限_a 空间_n 范围_n 内_f ;_w 虽然_c 考虑_v 了_u 物联_j 需求_n ,_w 但_c 距离_n 真正_d 无所不在_i 的_u 万物_n 互_d 联_Vg 还_d 有_v 距离_n ._w 尤其_d 是_v 随着_p 人类_n 活动_vn 范围_n 的_u 快速_b 扩张_vn ,_w 众多_m 技术_n 领域_n 的_u 快速_b 进步_vn ,_w 对_p 更加_d 广泛_a 多样_m 的_u 信息_n 交互_b 提出_v 了_u 更_d 高_a 的_u 需求_n ._w</s>
<s>6G_m 目标_n 是_v 满足_v 10年_t 后_f (_w 2030年_t ∼_w )_w 的_u 信息_n 社会_n 需求_n ,_w 因此_c 6G_nx 愿景_n 应该_v 是_v 现有_vn 5G_n 不_d 能_v 满足_v 而_c 需要_v 进一步_d 提升_v 的_u 需求_n ._w 基于_p 5G_n 可以_v 满足_v 的_u 需求_n ,_w 并_c 结合_v 其他_r 相关_vn 领域_n 的_u 发展_vn 趋势_n ,_w 我们_r 认为_v 6G_nx 愿景_n 可以_v 概括_v 为_v 4_m 个_q 关键_a 词_n (_w 如_v 图_n 1_m 所_u 示_v )_w :_w “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 深度_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 全息_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 泛_v 在_b 连接_v ”_w ,_w 而_c 这_r 4_m 个_q 关键_a 词_n 共同_d 构成_v “_w 一_m 念_Ng 天地_n ,_w 万物_n 随心_l ”_w 的_u 6G_m 总体_n 愿景_n ._w</s>
<s>5G_m 愿景_n “_w 信息_n 随_v 心_n 至_v ,_w 万物_n 触手_v 及_v ”_w ,_w 强调_v 信息_n 交互_b 、_w 万物_n 可_v 连接_v ,_w 而且_c 连接_vn 对象_n 集中_v 在_p 陆地_n 10_m km_q 高度_n 的_u 有限_a 空间_n 范围_n 内_f ._w 5G_n 虽然_c 在_p Rel-16_nx 版本_n 开始_v 研究_v 并_c 标准化_v 非_h 陆地_n 通信_vn 网络_n (_w nonterrestrial_nx networks_nx ,_w NTN_nx )_w 技术_n 特性_n [_w 11_m ]_w ,_w 但_c NTN_nx 架构_n 涉及_v 的_u 卫星_n 通信_vn 网络_n 与_c 蜂窝_n 网络_n 标准_n 及_c 技术_n 体系_n 依然_d 是_v 彼此_r 独立_a 的_u ,_w 需要_v 通过_p 专门_b 的_u 网关_n 设备_n 连接_v 交互_b ,_w 其_r 通信_vn 能力_n 和_c 效率_n 很_d 难_a 满足_v 10_m 年_q 后_f 的_u “_w 泛_v 在_v 连接_v ”_w 需求_n ._w 为_p 满足_v 未来_t “_w 泛_v 在_p 连接_v ”_w 需求_n ,_w 6G_m 需要_v 引入_v 下文_n 所_u 述_Vg 的_u 空天_n 地_j 海_j 一体化_vn 网络_n ,_w 该_r 网络_n 将_d 是_v 一_m 个_q 有机_b 整体_n ,_w 也_d 即_v 需要_v 统一_a 的_u 标准_a 协议_n 架构_n 和_c 技术_n 体系_n ,_w 真正_d 实现_v 空天_n 地海_j 一体化_v 的_u “_w 泛_v 在_v 连接_v ”_w ._w 另外_c ,_w 5G_m 海量_n 连接_vn 特性_n (_w mM_nx TC_nx )_w 强调_v 连接_vn 数量_n ,_w 而_c 不_d 要求_v 实时性_n ;_w 超_b 可靠_a 低_a 时_n 延_n 特性_n (_w uRLLC_nx )_w 强调_v 可靠性_n 与_c 实时_n 性_n ,_w 但_c 对_p 连接_vn 数量_n 和_c 吞吐量_n 没有_v 需求_n ,_w 是_v 以_p 降低_v 频谱_n 效率_n 和_c 连接_vn 数量_n 为_v 代价_n 实现_v 的_u 而_c 6G_m 的_u “_w 万物_n 随心_b ”_w 愿景_n 则_c 同时_d 需要_v 海量_n 连接_vn 、_w 可靠性_n 、_w 实时_n 性_n 和_c 吞吐量_n 需求_n ,_w 这些_r 对_p 通信_vn 网络_n 是_v 全新_b 的_u 巨大_a 挑战_vn ,_w 其_r 对应_v 的_u 典型_a 场景_n 为_v 下文_n 所_u 述_Vg 的_u 无线_b 触觉_vn 网络_n ._w 因此_c ,_w 虽然_c 6G_m 愿景_n 涵盖_v 的_u 基本_a 概念_n 中_f 部分_n 在_p 5G_n 已_d 有_v 涉及_vn ,_w 但_c 6G_m 愿景_n 提出_v 了_u 更_d 高_a 的_u 目标_n ,_w 以_c 满足_v 未来_t 全新_b 的_u 场景_n 需求_n ._w</s>
<s>概括_vd 来说_v ,_w 6G_m 总体_n 愿景_n 是_v 基于_p 5G_m 愿景_n 的_u 进一步_d 扩展_v :_w “_w 一_m 念_v 天地_n ”_w 中_f 的_u “_w 一_m 念_v ”_w 一_m 词_n 强调_v 实时_n 性_n 指_v 无处不在_l 的_u 低_a 时_n 延_Vg 、_w 大_a 带宽_n 的_u 连接_vn ,_w “_w 念_v ”_w 还_d 体现_v 了_u 思维_n 与_c 思维_n 通信_vn 的_u “_w 深度_n 连接_vn ”_w ,_w “_w 天地_n ”_w 对应_v 空_n 天地_n 海_n 无处不在_l 的_u “_w 泛_v 在_v 连接_v ”_w ;_w “_w 万物_n 随心_d ”_w 所_u 指_v 的_u 万物_n 为_v 智能_n 对象_n ,_w 能够_v “_w 随心_d ”_w 所_u 想_v 而_c 智能_v 响应_v ,_w 即_v “_w 智慧_n 连接_v ”_w ;_w 呈现_vn 方式_n 也_d 将_d 支持_v “_w 随心_d ”_w 无处不在_l 的_u 沉浸_a 式_k 全息_n 交互_b 体验_vn ,_w 即_v “_w 全息_n 连接_vn ”_w ._w</s>
<s>智慧_n 连接_vn (_w Intelligent_nx connectivity_nx )_w ._w 人工_b 智能_n (_w artificial_nx intelligence_nx ,_w AI_nx )_w 是_v 当前_t 最_d 热门_a 的_u 话题_n 之一_r ,_w 几乎_d 各_r 个_q 领域_n 都_d 在_d 探索_v 利用_v AI_nx 技术_n ._w 无线_b 移动_vn 通信_vn 网络_n 与_p AI_nx 结合_v ,_w 让_v AI_nx 更_d 好_a 地_u 赋_v 能_v 网络_n 也_d 成为_v 必然_n 趋势_n [_w 12∼28_m ]_w ._w 目前_t 人们_n 已经_d 开始_v 尝试_v 在_p 5G_nx 系统_n 中_f 使用_v AI_nx 技术_n [_w 29_m ,_w 30_m ]_w ,_w 但_c 当前_t 5G_nx 与_p AI_nx 的_u 结合_vn 只_d 能_v 算是_v 利用_v AI_nx 对_p 传统_n 网络_n 架构_n 进行_v 优化_vn 改造_vn ,_w 而_c 不_d 是_v 真正_d 以_p AI_nx 为_v 基础_n 的_u 全新_b 智能_n 通信_vn 网络_n 系统_n ._w 首先_c ,_w AI_nx 技术_n 应用_v 于_p 5G_nx 网络_n 的_u 时机_n 相对_d 较_d 晚_a ,_w 最近_t 几_m 年_q 才_d 真正_d 展开_v 研究_vn 并_c 尝试_v 把_p AI_nx 技术_n 应用_v 在_p 5G_nx 网络_n ,_w 而_c 5G_n 网络_n 架构_n 本身_r 早_ad 已_d 定型_v ._w 尽管_c 5G_nx 网络_n 架构_n 设计_vn 初期_f 考虑_v 了_u 足够_v 的_u 灵活性_n (_w 即_v 所谓_v 软件_n 可_v 定义_v )_w ,_w 但_c 毕竟_d 没有_d 考虑_v AI_nx 技术_n 特点_n ,_w 依然_d 算是_v 传统_n 的_u 网络_n 架构_n 体系_n ._w 其次_c ,_w 尽管_c AI_nx 技术_n 发展_v 很_d 快_a ,_w 也_d 已_d 在_p 一些_m 领域_n 展现_v 了_u 其_r 强大_a 的_u 能力_n ,_w 但_c 在_p 更_d 多_a 领域_n 依然_d 处于_v 探索_vn 阶段_n ,_w AI_nx 与_p 无线_b 通信_vn 技术_n 结合_v 研究_vn 更_d 是_v 刚_d 起步_v 不久_m ,_w 距离_p 真正_b 技术_n 成熟_an 还_d 需要_v 一_m 个_q 较_d 长期_b 的_u 研究_vn 过程_n ._w</s>
<s>不过_c AI_nx 发展_v 的_u 趋势_n 让_v 我们_r 看到_v 了_u 未来_t 10年_t 其_r 技术_n 成熟_a 的_u 可能性_n ._w 同时_c ,_w 考虑_v 到_v 未来_t 6G_m 网络_n 结构_n 将_d 会_v 越来越_d 庞大_a 异_Ag 构_Ng ,_w 业务_n 类型_n 和_c 应用_vn 场景_n 也_d 越来越_d 繁杂_a 多变_z ,_w 充分_ad 利用_v AI_nx 技术_n 来_v 解决_v 这_r 种_q 复杂_a 的_u 需求_n 几乎_d 是_v 必然_n 的_u 选择_vn ._w 预期_v 未来_t 6G_n 将_d 会_v 突破_v 传统_n 移动_vn 通信_vn 系统_n 的_u 应用_vn 范畴_n ,_w 演变_v 成为_v 支撑_v 全_a 社会_n 、_w 全_a 领域_n /_w 行业_n 运行_vn 的_u 基础性_n 互_vn 联_vn 网络_n ._w 若_c 未来_t 网络_n 依然_d 以_p 现有_v 统一_a 的_u 通信_vn 网络_n 框架_n 来_v 支撑_v 6G_m 时代_n 极度_d 差异化_v 的_u 繁杂_a 应用_vn ,_w 将_d 会_v 面临_v 着_u 前所未有_i 的_u 挑战_vn ._w AI_nx 技术_n 的_u 新_a 一_m 轮_q 复兴_vn 及_c 迅猛_a 发展_vn ,_w 为_p 应对_v 上述_b 挑战_vn 并_c 超越_v 传统_n 移动_vn 通信_vn 设计_vn 理念_n 与_c 性能_n 提供_v 了_u 潜在_b 的_u 可能性_n ,_w 并_c 将_d 充分_ad 赋能_v 未来_t 6G_m 网络_n [_w 19_m ]_w ._w 因此_c ,_w 我们_r 认为_v 基于_p AI_nx 技术_n 构建_v 6G_m 网络_n 将_d 是_v 必然_n 的_u 选择_vn ,_w “_w 智慧_n ”_w 将_d 是_v 6G_m 网络_n 的_u 内在_b 特征_n ,_w 即_v 所谓_v “_w 智慧_n 连接_vn ”_w ._w</s>
<s>“_w 智慧_n 连接_vn ”_w 特征_n 可以_v 表现_v 为_v 通信_vn 系统_n 内在_b 的_u 全_d 智能_v 化_vn :_w 网_n 元_n 与_c 网络_n 架构_n 的_u 智能_vn 化_vn 、_w 连接_vn 对象_n 的_u 智能_vn 化_vn (_w 终端_n 设备_n 智能_v 化_vn )_w 、_w 承载_v 的_u 信息_n 支撑_v 智能_vn 化_vn 业务_n ._w 未来_t 6G_m 网络_n 将_d 会_v 面临_v 诸多_m 挑战_vn :_w 更_d 复杂_a 、_w 更_d 庞大_a 的_u 网络_n ,_w 更_d 多_a 类型_n 的_u 终端_n 及_c 网络_n 设备_n ,_w 更加_d 复杂_a 多样_m 的_u 业务_n 类型_n ._w “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 将_d 同时_d 满足_v 两_m 方面_n 的_u 需求_n :_w 一_m 方面_c ,_w 所有_b 相关_vn 连接_vn 在_p 网络_n 的_u 设备_n 本身_r 智能_v 化_v ,_w 相关_vn 业务_n 也_d 已_d 智能_v 化_v ;_w 另_r 一_m 方面_c ,_w 复杂_a 庞大_a 的_u 网络_n 本身_r 也_d 需要_v 智能_v 化_vn 方式_n 管理_v ._w “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 将_d 是_v 支撑_v 6G_m 网络_n 其他_r 3_m 大_a 特性_n “_w 深度_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 全息_n 连接_vn ”_w 和_c “_w 泛_a 在_b 连接_vn ”_w 的_u 基础_n 特性_n ._w</s>
<s>深度_n 连接_vn (_w Deep_nx connectivity_n )_w ._w 传统_n 蜂窝_n 网络_n (_w 也_d 包括_v 即将_d 规模_d 部署_v 的_u 5G_n 网络_n )_w 已_d 有_v 深度_n 覆盖_vn 的_u 概念_n ,_w 主要_d 是_v 优化_v 室内_s 接入_vn 需求_n 的_u 深度_n 覆盖_vn ._w 为_p 实现_v 室内_s 深度_n 覆盖_vn ,_w 工程_n 中_f 一般_ad 采用_v 室外_s 宏基站_n 覆盖_v 室内_s ,_w 或者_c 室内_s 部署_v 无线_b 节点_n ._w 4G_n 及_c 之前_f 几_m 代_q 的_u 蜂窝_n 网络_n 系统_n 是_v 针对_p 以_p 人_n 为_v 中心_n 的_u 通信_vn 需求_n ,_w 深度_n 覆盖_vn 针对_p 人员_n 活动_vn 的_u 典型_a 室内_s 场景_n 进行_v 优化_vn ._w 经过_p 多_a 代_q 无线_b 通信_vn 系统_n 的_u 技术_n 演进_vn 及_c 工程_n 经验_n 积累_vn ,_w 对_p 人员_n 活动_vn 场所_n 的_u 典型_a 室内_s 场景_n 覆盖_vn 优化_vn 技术_n 已经_d 非常_d 成熟_a ._w 5G_n 开始_v ,_w 通信_vn 对象_n 从_p 以_p 人_n 为_v 中心_n 的_u 通信_vn 扩展_v 为_v 同时_d 包括_v 物联_j 通信_vn ,_w 即_v 所谓_v 万物_n 互_v 联_Vg ._w 因此_c ,_w 5G_n 及_c 未来_t 无线_b 通信_vn 网络_n 设计_vn 及其_c 部署_vn 需要_v 同时_d 兼顾_v 人_n 和_c 物_Ng 的_u 深度_n 覆盖_vn 需求_n ,_w 尤其_d 是_v 物联_j 场景_n 的_u 深度_n 覆盖_vn ._w</s>
<s>人类_n 生产_vn 和_c 生活_vn 空间_n 不断_d 扩大_v ,_w 信息_n 交互_b 需求_n 的_u 类型_n 和_c 场景_n 越来越_d 复杂_a ._w 以_p 5G_m 为_v 开端_n 的_u 万物_n 互_vn 联_vn 将_d 会_v 促进_v 物联网_n 通信_vn 需求_n 快速_d 提升_v ,_w 并_c 很_d 可能_v 在_p 未来_t 几_m 年_q 内_f 爆发_v ._w 相对_b 人员_n 的_u 通信_vn 需求_n ,_w 物联网_n 信息_n 交互_b 无论_c 是_v 空间_n 范围_n 还是_c 信息_n 交互_b 类型_n ,_w 都_d 将_d 会_v 极_a 大_a 地_u 扩展_v ._w 可以_v 预期_v ,_w 未来_t 物联_j 需求_n 将_d 会_v 从_p 几_m 方面_n 快速_d 发展_v :_w (_w 1_m )_w 连接_vn 对象_n 活动_vn 空间_n 的_u 深度_n 扩展_vn ;_w (_w 2_m )_w 更_d 深入_a 的_u 感知_vn 交互_b ,_w 未来_t 的_u 通信_vn 设备_n 及其_c 连接_vn 对象_n 将_d 大部分_m 智能_v 化_v ,_w 从而_c 需要_v 更_d 深度_n 的_u 感知_vn 、_w 更_d 实时_a 的_u 反馈_vn 与_c 响应_vn ,_w 如同_v 延伸_v 的_u 人类_n 躯干_n 和_c 四肢_n (_w 3_m )_w 物理_n 网络_n 世界_n 的_u 深度_n 数据_n 挖掘_vn ,_w AI_nx 深度_n 学习_vn 将_d 会_v 对_p 未来_t 通信_vn 网络_n 的_u 数据_n 深度_n 挖掘_vn 与_c 利用_vn ,_w 同时_c 还_d 包括_v 为_p 支持_v 深度_n 学习_vn 而_c 强化_v 的_u 大数据_n 通信_vn 需求_n ;_w (_w 4_m )_w 深入_v 神经_n 的_u 交互_vn ,_w 人_n 机_n 接口_n (_w brain_nr computer_nx interface_nx ,_w BCI_nx )_w 等_u 技术_n 的_u 成熟_an ,_w 思维_n 与_c 思维_n 的_u 直接_a 交互_b 将_d 成为_v 可能_n ,_w 一定_b 程度_n 的_u “_w 心灵_n 感应_n ”_w 将_d 可能_v 变为_v 现实_n [_w 9_m ,_w 31_m ]_w ._w 因此_c ,_w 我们_r 预期_v 10_m 年_q 后_f (_w 2030_m 年_q ∼_w )_w 的_u 6G_m 系统_n ,_w 接入_vn 需求_n 将_d 从_p 深度_n 覆盖_vn 演变_v 为_v “_w 深度_n 连接_vn (_w deep_nx connectivity_n )_w ”_w ,_w 其_r 特征_n 可以_v 概括_v 为_v 如下_v 几_m 点_q :_w</s>
<s>·_w 深度_n 感知_vn (_w deep_nx sensing_nx )_w :_w 触觉_vn 网络_n (_w tactile_nx Internet_nx )_w ;_w</s>
<s>·_w 深度_n 学习_vn (_w deep_nx learning_nx /_w AI_nx )_w :_w 深度_n 数据_n 挖掘_vn ;_w</s>
<s>·_w 深度_n 思维_n (_w deep_nx mind_nx )_w :_w 心灵_n 感应_n (_w telepathy_nx )_w 、_w 思维_n 与_p 思维_n 的_u 直接_a 交互_vn (_w mind_nx -_w to_nx -_w mind_nx communication_nx )_w</s>
<s>全息_n 连接_vn (_w Holographic_n connectivity_n )_w ._w AR_nx /_w VR_nx (_w virtual_v and_c augmented_n reality_n )_w 被_p 认为_v 是_v 5G_n 最_d 重要_a 的_u 需求_n 之一_r ,_w 尤其是_d 对_p 5G_n 高_a 吞吐量_n 需求_n 的_u 典型_a 应用_vn 之一_r ,_w 5G_n 将_d 能够_v 支持_v 把_p 当前_t 有线_b 或_c 固定_a 无线_b 接入_vn 的_u AR_nx /_w VR_nx 变为_v 更_d 广泛_a 场景_n 的_u 无线_b 移动_vn AR_nx /_w VR_nx ._w 一旦_d AR_nx /_w VR_nx 可以_v 更_d 简单_a 方便_a 且_c 不_d 受_v 位置_n 限制_vn 的_u 移动_vn 使用_vn ,_w 将_d 会_v 促进_v AR_nx /_w VR_nx 业务_n 快速_d 发展_v ,_w 进而_c 刺激_v AR_nx /_w VR_nx 技术_n 与_c 设备_n 本身_r 的_u 快速_b 发展_vn 与_c 成熟_an 可以_v 预期_v ,_w 10_m 年_q 后_f (_w 2030年_t ∼_w )_w ,_w 媒体_n 交互_b 形式_n 将_d 可能_v 以_p 现在_t 平面_n 多媒体_n 为主_v ,_w 发展_v 为_v 高_a 保真_vn AR_nx /_w VR_nx 交互_b 为主_v ,_w 甚至_c 全息_n 信息_n 交互_b ,_w 进而_c 无线_b 全息_n 通信_vn 将_d 成为_v 现实_n ._w 高_a 保真_vn AR_nx /_w VR_nx 将_d 普遍_ad 存在_v ,_w 全息_n 通信_vn 及_c 显示_vn 也_d 可_v 随时随地_l 地_u 进行_v ,_w 从而_c 人们_n 可以_v 在_p 任何_r 时间_n 和_c 地点_n 享受_v 完全_a 沉浸式_b 全息_n 交互_b 体验_vn ,_w 即_v 实现_v 所谓_v “_w 全息_n 连接_vn ”_w 的_u 通信_vn 愿景_n ._w 当然_d ,_w 若_c 想_v 基于_p 无线_b 通信_vn 网络_n 实现_v 全息_n 通信_vn 、_w 高_a 保真_vn AR_nx /_w VR_nx 将_d 会_v 面临_v 诸多_m 挑战_vn [_w 32_m ]_w ,_w 一_m 系列_q 文献_n 已经_d 在_d 研究_v 采用_v AI_nx 技术_n 来_v 解决_v 相关_vn 问题_n [_w 33∼35_m ]_w ,_w 即_d 需要_v “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 的_u 支撑_vn ._w</s>
<s>“_w 全息_n 连接_vn (_w holographic_nx connectivity_n )_w ”_w 特征_n 可以_v 概括_v 为_v :_w 全息_n 通信_vn 、_w 高_a 保真_vn AR_nx /_w VR_nx 、_w 随时随地_l 无缝_d 覆盖_v 的_u AR_nx /_w VR_nx ._w</s>
<s>泛_v 在_p 连接_vn (_w Ubiquitous_nx connectivity_n )_w ._w 传统_n 蜂窝_n 网络_n 也_d 有_v 随时随地_l 的_u 无线_b 接入_vn 需求_n ._w 不过_c 如前所述_l ,_w 5G_nx 系统_n 开始_v ,_w 相对_b 人员_n 的_u 通信_vn 需求_n ,_w 物联网_n 信息_n 交互_b 无论_c 是_v 空间_n 范围_n 还是_c 信息_n 交互_b 类型_n 都_d 将_d 会_v 极_d 大_a 地_u 扩展_v ._w 物联_j 设备_n 的_u 活动_vn 范围_n 将_d 会_v 极_d 大_a 扩展_v 通信_vn 接入_vn 的_u 地理_n 空间_n ,_w 包括_v 布置_v 于_p 深地_n 、_w 深海_n 或_c 深_a 空_s 的_u 无人_b 探测器_n ,_w 中高空_j 有_v 人_n /_w 无人_b 飞行器_n ,_w 深入_v 恶劣_a 环境_n 的_u 自主_vn 机器人_n 、_w 远程_b 遥控_vn 的_u 智能_n 机器_n 设备_n 等_u 另外_c ,_w 随着_p 宇航_n 、_w 深海_n 探测_vn 等_u 领域_n 的_u 科学_n 技术_n 快速_d 发展_vn ,_w 在_p 一些_m 极端_n 自然_l 环境_n 下_f 的_u 生存_vn 能力_n 提升_v ,_w 人类_n 自身_r 的_u 活动_vn 空间_n 也_d 在_d 快速_d 扩展_v ._w 例如_v ,_w 2030_m ∼2040_m 年_q ,_w 也许_d 会_v 有_v 更_d 多_a 人_n 有_v 机会_n 进入_v 外_f 太空_s ,_w 则_c 卫星_n 与_p 地面_n 、_w 卫星_n 之间_f 及_c 与_p 航天器_n 之间_f 的_u 通信_vn 需求_n 将_d 会_v 更_d 普遍_a ,_w 而_c 不_d 是_v 现在_t 仅仅_d 局限_v 于_p 少数_m 专业_n 的_u 科学_n 探索_vn 领域_n 的_u 特殊_a 通信_vn 需求_n ;_w 人类_n 在_p 地面_n 的_u 活动_vn 踪迹_n 也_d 会_v 更_d 多_a 地_u 出现_v 在_p 极地_n 、_w 沙漠_n 腹地_n 等_u ;_w 远洋_b 的_u 活动_vn 、_w 更_d 多_a 无人_n 岛屿_n 进驻_v 人类_n ._w 上述_b 通信_vn 场景_n 构成_v 10_m 年_q 后_f (_w 2030_m 年_q ∼_w )_w 更为_d 广泛_a 的_u “_w 随时随地_l ”_w 连接_vn 需求_n ,_w 即_v 实现_v 真正_b 的_u “_w 泛_a 在_b 连接_vn ”_w ,_w “_w 广阔_a ”_w 的_u 世界_n 也_d 将_d 变_v 得_u 越来越_d 触手可及_i ._w</s>
<s>图_n 2_m (_w 网络_n 版_n 彩_Ag 图_n )_w 6G_m 需求_n 与_c 挑战_vn</s>
<s>Figure_nx 2_m (_w Color_nx online_nx )_w 6G_m requirements_nx and_c challenges_nx</s>
<s>“_w 泛_v 在_d 连接_v ”_w 特征_n 可以_v 概括_v 为_v :_w 全_a 地形_n 、_w 全_a 空间_n 立体_d 覆盖_vn 连接_vn ,_w 即_v “_w 空_Ng –_w 天_j –_w 地_n –_w 海_n ”_w 随时随地_l 的_u 连接_vn ,_w 或_c 称为_v 空_Ng 天_j 地_j 海_j 一体化_vn 通信_vn ._w 对比_v “_w 深度_n 连接_vn ”_w 和_c “_w 泛_v 在_b 连接_v ”_w ,_w 前者_r 侧重_v 连接_vn 对象_n 的_u 深度_n ,_w 后者_r 强调_v 地理_n 区域_n 的_u 广度_n ._w</s>
<s>总结_v 上述_b 四_m 大_a 未来_t 6G_m 愿景_n ,_w “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 是_v 未来_t 6G_m 网络_n 的_u 大脑_n 和_c 神经_n ,_w “_w 深度_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 全息_n 连接_vn ”_w 和_c “_w 泛_v 在_b 连接_vn ”_w 三_m 者_r 构成_v 6G_m 网络_n 的_u 躯干_n ,_w 从而_c 这_r 4_m 个_q 特性_n 共同_d 使得_v 未来_t 6G_m 网络_n 成为_v 完整_a 的_u 拥有_v “_w 灵魂_n ”_w 的_u 有机_b 整体_n ._w 未来_t 通信_vn 系统_n 将_d 会_v 在_p 现有_v 5G_n 的_u 基础_n 上_f 进一步_d 发展_v 增强_v ,_w 真正_d 实现_v 信息_n 突破_v 时空_n 限制_vn 、_w 网络_n 拉_v 近_a 万物_n 距离_n ,_w 实现_v 无缝_vd 融合_v 的_u 人_n 与_c 万物_n 智慧_n 互联_v ,_w 并_c 最终_d 达到_v “_w 一_m 念_v 天地_n ,_w 万物_n 随心_v ”_w 的_u 6G_m 总体_n 愿景_n ._w</s>
<s>2_m ._w 2_m 需求_n 与_c 挑战_vn (_w Requirements_nx and_c challenges_nx )_w</s>
<s>2.1_m 小节_n 对_p 未来_t 6G_m 网络_n 做_v 了_u 畅想_vn ,_w 其_r 美好_a 愿景_n 让_v 人_n 无限_vd 期待_v ._w 但_c 若_c 想_v 实现_v 这些_r 美好_a 的_u 愿景_n ,_w 我们_r 将_d 不得不_d 面临_v 诸多_m 技术_n 需求_n 与_c 挑战_vn ._w 毫无疑问_l ,_w 5G_n 已_d 有_v 的_u 几_m 项_q 基本_a 技术_n 指标_n 还_d 会_v 在_p 现有_vn 需求_n 的_u 基础_n 上_f 进一步_d 提升_v ,_w 包括_v 更_d 高_a 的_u 吞吐量_n 、_w 更_d 低_a 的_u 时_n 延_Vg 、_w 更_d 高_a 的_u 可靠性_n 和_c 更_d 海量_n 的_u 连接_vn 数_n 等_u ._w 不过_c 本_r 文_n 将_d 重点_d 讨论_v 几_m 项_q 6G_nx 特有_b 的_u 关键_a 技术_n 需求_n 与_c 挑战_vn ._w 本_r 节_n 将_d 会_v 首先_d 罗列_v 这_r 几_m 项_q 6G_m 关键_a 的_u 技术_n 需求_n 与_c 挑战_vn ,_w 然后_c 再_d 对_p 它们_r 进行_v 详细_a 讨论_vn 和_c 分析_vn ._w</s>
<s>为_p 实现_v 6G_m 网络_n 的_u 愿景_n ,_w 满足_v 未来_t 通信_vn 需求_n ,_w 需要_v 考虑_v 如下_v 几_m 项_q 关键_a 技术_n 需求_n 与_c 挑战_vn (_w 参见_v 图_n 2_m )_w ._w</s>
<s>峰_n 值_n 速率_n :_w 太比特_ns 时代_n (_w Terabit_nx era_nx ,_w Tb_nx /_w s_q )_w ._w 提及_v 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n ,_w 人们_n 首先_d 要_v 考虑_v 的_u 需求_n 指标_n 是_v 峰_n 值_n 速率_n ,_w 峰_n 值_n 速率_n 是_v 从_p 第一_m 代_q 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n 开始_v 就_d 一直_d 追求_v 的_u 关键_a 技术_n 指标_n 之一_r ._w 毫无疑问_l ,_w 6G_nx 也_d 必_d 将_d 进一步_d 提升_v 峰_n 值_n 速率_n ._w 从_p 无线_b 通信_vn 系统_n 发展_vn 规律_n 和_c 6G_m 愿景_n 两_m 个_q 角度_n 分析_v 可知_v ,_w 6G_m 峰_n 值_n 速率_n 可能_v 进入_v 太比特_ns 时代_n ._w</s>
<s>首先_c ,_w 我们_r 基于_p 1G∼5G_m 移动_vn 通信_vn 系统_n 峰_n 值_n 速率_n 提升_vn 的_u 统计_vn 规律_n 定量_vd 预测_v 10年_t 后_f (_w 2030年_t ∼_w )_w 的_u 峰_n 值_n 速率_n 需求_n ._w 基于_p 文献_n [_w 36_m ]_w 的_u 分析_vn 可知_v ,_w 1G∼5G_m 移动_vn 通信_vn 系统_n 峰_n 值_n 速率_n 的_u 增长_vn 服从_v 指数_n 分布_vn (_w 按照_p 各_r 代_q 系统_n 标准化_v 的_u 时间点_n 计算_v )_w ._w 基于_p 峰_n 值_n 速率_n 对应_vn 文献_n [_w 36_m ]_w 中_f 表_n 1_m 第2_m 列_q 所_u 示_v (_w 1G∼5G_m 移动_vn 通信_vn 系统_n 的_u 峰_n 值_n 速率_n )_w 预测_v 未来_t 10_m 年_q 的_u 发展_vn 趋势_n ,_w 可知_v 2030年_t 可能_v 达到_v Tb_nx /_w s_q 峰_n 值_n 速率_n ._w 其次_c ,_w 从_p 6G_m 愿景_n 定性_vd 分析_v 可知_v ,_w 至少_d 有_v 两_m 方面_n 的_u 应用_vn 需要_v 6G_nx 峰_n 值_n 速率_n 大幅度_d 提升_v :_w (_w 1_m )_w 智能_v 化_vn (_w 大数据_n )_w 的_u 普遍_a 应用_vn 需要_v 海量_n 的_u 数据_n 传输_vn 需求_n ,_w 基于_p 大数据_n 的_u 智能_vn 化_vn 应用_vn 可能_v 是_v 触发_v 下_f 一_m 代_q 移动_vn 通信_vn 系统_n 发展_v 的_u 重要_a 驱动力_n 之一_r ;_w (_w 2_m )_w 高_a 保真_vn 的_u AR_nx /_w VR_nx 和_c 全息_n 通信_vn 将_d 成为_v 6G_m 必然_d 支持_v 的_u 应用_vn ,_w 其_r 所_u 需_v 的_u 数据_n 速率_n 将_d 远_ad 超_v 我们_r 目前_t 已知_v 的_u 其他_r 无线_b 应用_vn ._w</s>
<s>进一步_d ,_w 为_p 达到_v 高_a 保真_vn 沉浸_vn 式_k AR_nx /_w VR_nx ,_w 不仅_c 需要_v Tb_nx /_w s_q 的_u 峰_n 值_n 速率_n ,_w 还_d 需要_v 较_d 低_a 的_u 交互_b 时_n 延_n ,_w 也_d 即_v 需要_v 高_a 吞吐_vn 率_n 与_c 低_a 时_n 延_n 同时_d 保证_v ._w 另外_c ,_w 随时随地_l AR_nx /_w VR_nx 意味_v 着_u 任何_r 时间_n 任何_r 地点_n 都_d 希望_v 可以_v 满足_v 高_a 速率_n 需求_n ,_w 也_d 即_v ,_w 不仅_c 要求_v 峰_n 值_n 速率_n ,_w 对_p 网络_n 平均_a 速率_n 和_c 覆盖_vn 也_d 有_v 极_d 高_a 的_u 要求_n ._w</s>
<s>总结_v 上述_b 分析_vn 可知_v ,_w 6G_m 网络_n 将_d 需要_v 高达_v Tb_nx /_w s_q 级别_n 的_u 峰_n 值_n 速率_n ._w 另外_c ,_w 不同_a 于_p 以往_t 仅_d 要求_v 局部_n 覆盖_vn 区域_n (_w 例如_v 热点_n 区域_n )_w 的_u 峰_n 值_n 速率_n 需求_n ,_w 6G_m 网络_n 还_d 将_d 要求_v 能够_v 随时随地_l 地_u 享受_v 高_a 速率_n 、_w 低_a 时_n 延_Vg 的_u 连接_vn 需求_n ,_w 这些_r 将_d 是_v 6G_m 网络_n 需要_v 面对_v 的_u 巨大_a 挑战_vn ._w</s>
<s>更_d 高_a 能效_n (_w Higher_nx energy_n efficiency_nx )_w ._w 超_v 大_a 规模_n 的_u 移动_vn 通信_vn 网络_n 已_d 成为_v 世界_n 能源_n 消耗_vn 的_u 不_d 可_v 忽视_v 的_u 一_m 部分_n ._w 它_r 不仅_c 产生_v 巨大_a 的_u 碳_n 排放_vn ,_w 而且_c 占据_v 了_u 相当_d 一_m 部分_n 的_u 运营_vn 成本_n ._w 未来_t 6G_m 网络_n 拥有_v 超高_b 吞吐量_n 、_w 超大_b 带宽_n 、_w 超_h 海量_n 无处不在_l 的_u 无线_b 节点_n ,_w 这些_r 将_d 对_p 能耗_n 带来_v 前所未有_i 的_u 巨大_a 挑战_vn ._w 频谱_n 效率_n 提升_v 和_c 频谱_n 带宽_n 增大_v ,_w 吞吐量_n 可以_v 有_v 巨大_a 的_u 提升_vn ,_w 但_c 随_p 之_r 而_c 来_v 的_u 能效_n 问题_n 将_d 会_v 更加_d 严重_a ,_w 需要_v 尽可能_d 降低_v 每_r 比特_q 的_u 能量_n 消耗_vn (_w J_nx /_w bit_nx )_w ._w 无所不在_i 、_w 密集_a 充满_v 人类_n 生产_vn 生活_vn 空间_n 的_u 感知_vn 网络_n 传感器_n ,_w 将_d 带来_v 两_m 方面_n 的_u 能耗_n 问题_n :_w 首先_c ,_w 庞大_a 的_u 数量_n 带来_v 高昂_a 的_u 总_b 能耗_n ;_w 其次_c ,_w 如何_r 方便_a 有效_a 地_u 对_p 无处不在_l 的_u 部署_vn 进行_v 供_v 能_Ng 也_d 是_v 挑战_vn ._w 另外_c ,_w “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 中_f 海量_n 数据_n 处理_vn 功耗_n 、_w 超_b 大_a 规模_n 天线_n 的_u 处理_vn 功耗_n 等_u 场景_n ,_w 也_d 是_v 未来_t 6G_m 网络_n 需要_v 面临_v 的_u 功耗_n 挑战_vn ._w 面对_v 未来_t 6G_m 网络_n 巨大_a 的_u 能源_n 消费_vn 压力_n ,_w 绿色_n 节能_vn 通信_vn 显得_v 尤为_d 重要_a 和_c 迫切_a [_w 37_m ]_w ._w</s>
<s>随时随地_l 的_u 连接_vn (_w Connection_v everywhere_nx and_c anytime_n )_w ._w 随着_p 科学_n 技术_n 的_u 进步_vn ,_w 人类_n 活动_vn 空间_n 将_d 进一步_d 扩大_v ,_w 活动_vn 区域_n 更_d 普遍_a 的_u 到达_v 高空_s 、_w 外太空_s 、_w 远洋_n 、_w 深海_n ;_w 通信_vn 节点_n ,_w 尤其_d 是_v 物联_j 节点_n 相对_b 人员_n 将_d 遍布_v 更_d 广阔_a 的_u 区域_n ._w 通信_vn 网络_n 已经_d 和_p 人类_n 的_u 社会_n 活动_vn 密不可分_l ,_w 未来_t 需要_v 构建_v 一_m 张_q 无所不在_i (_w 覆盖_v 空_Ng 天_n 地_n 海_n )_w 、_w 无所不连_i (_w 万物_n 互_v 联_Vg )_w 、_w 无所不知_i (_w 借助_v 各_r 类_q 传感器_n )_w 、_w 无所不用_i (_w 基于_p 大数据_n 和_c 深度_n 学习_vn )_w 的_u 网络_n ,_w 真正_d 实现_v 随时随地_l 的_u 连接_vn 及_c 交互_b 需求_n ._w 未来_t 通信_vn 网络_n 的_u 通信_vn 目标_n 应_v 为_v :_w 任何_r 人_n (_w anyone_n )_w 在_p 任何_r 时间_n (_w anytime_n )_w 任何_r 地点_n (_w anywhere_nx )_w 可_v 与_p 任何_r 人_n (_w anyone_n )_w 进行_v 任何_r 业务_n (_w anyservice_nx )_w 通信_v 或_c 与_p 任何_r 相关_vn 物体_n (_w related_nx objects_nx )_w 进行_v 相关_vn 信息_n (_w related_nx information_n )_w 交互_b [_w 38_m ]_w ._w</s>
<s>全新_b 理论_n 与_c 技术_n (_w New_nx theories_nx and_c technologies_n )_w ._w 为_p 实现_v 6G_m 极_d 具_Vg 挑战性_n 的_u 愿景_n ,_w 需要_v 新增_v 更_d 多_a 可_a 用_vn 频谱_n 资源_n ,_w 同时_c 也_d 需要_v 在_p 一些_m 基础性_n 的_u 理论_n 与_c 技术_n 上_f 有所_v 突破_vn ._w 基于_p 对_p 6G_m 愿景_n 的_u 需求_n 分析_vn 我们_r 认为_v 需要_v 在_p 几_m 个_q 关键_a 方面_n 取得_v 突破_vn ,_w 包括_v 全新_b 信号_n 采样_vn 机制_n 、_w 全新_b 信道_n 编码_vn 与_c 调制_vn 机制_n 、_w 太赫兹_nz 通信_vn 的_u 理论_n 与_c 技术_n 、_w AI_nx 与_p 无线_b 通信_vn 结合_v 的_u 技术_n 等_u ._w</s>
<s>自_d 聚合_vn 通信_vn 架构_n (_w Self-aggregating_nx communications_nx fabric_nx )_w ._w 几乎_d 每_r 一_m 代_q 3GPP_nx 标准_n 都_d 号称_v 可以_v 融合_v 多_a 种_q 技术_n 标准_n ,_w 但_c 最终_b 结果_n 依然_d 还是_v 一_m 个_q 自我_r 封闭_v 的_u 标准_n 系统_n ._w 尽管_c 3GPP_nx 标准_n 希望_v 包打_v 天下_n ,_w 但_c 在_p 万物_n 互_v 联_Vg 逐渐_d 实现_v 的_u 过程_n 中_f ,_w 我们_r 将_d 不得不_d 面临_v 与_p 其他_r 复杂_a 多样_m 的_u 垂直_vn 行业_n 标准_n 和_c 技术_n 融合_v 的_u 问题_n ._w 为_p 更_d 好_a 支持_v 万物_n 互_d 联_Vg 及_c 垂直_vn 行业_n 应用_vn ,_w 6G_nx 应该_v 真正_d 可以_v 动态_n 地_u 融合_v 多_a 种_q 技术_n 体系_n ,_w 具备_v 对_p 不同_a 类型_n 网络_n (_w 技术_n )_w 智能_n 动态_n 地_u 自_d 聚合_v 能力_n ._w 虽然_c 5G_n 能够_v 一定_b 程度_n 地_u 适应_v 不同_a 类型_n 的_u 网络_n (_w 技术_n )_w 但_c 还是_d 只_d 能_v 采用_v 静态_n 或_c 半_m 静态_n 组合_vn 方式_n ._w 6G_n 将_d 需要_v 实现_v 以_p 更加_d 智能_a 灵活_a 的_u 方式_n 聚合_v 不同_a 类型_n 的_u 网络_n (_w 技术_n )_w ,_w 以_p 动态_n 自_d 适应_v 地_u 满足_v 复杂_a 多样_m 的_u 场景_n 及_c 业务_n 需求_n ._w</s>
<s>非_h 技术性_n 因素_n 的_u 挑战_vn (_w Nontechnical_nx challenges_nx )_w ._w 未来_t 6G_m 若_c 想_v 顺利_ad 落地_v 实现_v ,_w 不仅_c 要_v 面临_v 上述_b 技术性_n 问题_n 的_u 挑战_vn ,_w 也_d 将_d 不得不_d 需要_v 尽力_d 克服_v 诸多_m 非_h 技术_n 因素_n 的_u 挑战_vn ,_w 主要_d 涉及_v 行业_n 壁垒_n 、_w 消费者_n 习惯_n 及_c 政策_n 法规_n 问题_n 等_u ._w</s>
<s>相对_v 5G_n ,_w 6G_nx 将_d 会_v 更加_d 全面_a 地_u 渗透_v 到_v 社会_n 生产_vn 、_w 生活_vn 的_u 各_r 个_q 方面_n ,_w 与_p 其他_r 垂直_vn 行业_n 领域_n 的_u 结合_vn 也_d 将_d 更加_d 紧密_a ._w 这_r 意味_v 着_u 移动_vn 通信_vn 不_d 再_d 局限_v 于_p 自己_r 的_u 领域_n ,_w 需要_v 和_p 其他_r 垂直_vn 行业_n /_w 领域_n 紧密_ad 配合_v ._w 但是_c ,_w 一些_m 传统_n 行业_n 固有_b 的_u 行为_n 方式_n 或_c 利益_n 关系_n 将_d 会_v 对_p 移动_vn 通信_vn 的_u 进入_vn 直接_a 或_c 间接_d 地_u 设置_v 行业_n 壁垒_n ._w</s>
<s>频谱_n 分配_vn 与_c 使用_vn 规则_n 是_v 另_r 一_m 个_q 非_h 技术_n 限制_vn 因素_n ._w 例如_v 6G_m 太_ns 赫兹_nz 频段_n 的_u 使用_vn ,_w 一_c 方面_c 需要_v 全球_n 不同_a 国家_n 和_c 地区_n 协调_ad 分配_v ,_w 尽可能_d 分配_v 统一_a 的_u 频段_n 范围_n ,_w 同时_c 还_d 需要_v 考虑_v 与_p 该_r 频谱_n 的_u 其他_r 领域_n 使用者_n 协调_a ,_w 例如_v 气象_n 雷达_n 等_u ._w</s>
<s>图_n 3_m (_w 网络_n 版_n 彩_Ag 图_n )_w 6G_m 潜在_b 关键_a 技术_n 特性_n</s>
<s>Figure_nx 3_m (_w Color_nx online_nx )_w 6G_m potential_nx key_nx technologies_nx</s>
<s>卫星_n 通信_vn 将_d 面临_v 更_d 多_a 的_u 政策_n 法规_n 限制_vn ._w 首先_c ,_w 卫星_n 通信_vn 所_u 用_v 的_u 轨道_n 资源_n 、_w 频谱_n 资源_n 等_u 都_d 需要_v 各_r 国_n 协商_v 解决_v ._w 其次_c ,_w 相对_v 传统_n 地面_n 通信_vn ,_w 卫星_n 通信_vn 在_p 全球_n 漫游_vn 切换_vn 方面_n 上_f 将_d 面临_v 更_d 多_a 挑战_vn ._w 目前_t ,_w 几_m 个_q 主要_b 国家_n 及_c 一些_m 商业_n 实体_n 都_d 在_d 积极_ad 进行_v 卫星_n 通信_vn 系统_n 搭建_vn ,_w 如何_r 协调_v 这些_r 彼此_r 独立_ad 部署_v 的_u 卫星_n 通信_vn 系统_n 关系_n ,_w 将_d 是_v 一_m 个_q 极其_d 复杂_a 的_u 问题_n ._w</s>
<s>另外_c ,_w 移动_vn 通信_vn 进入_v 众多_m 完全_ad 不同_a 特点_n 的_u 垂直_vn 行业_n 后_f ,_w 不得不_d 面对_v 差异化_v 极_d 大_a 的_u 用户_n 使用_vn 习惯_n ._w 如何_r 更_d 快速_d 地_u 改造_v 这些_r 千差万别_i 的_u 垂直_vn 行业_n 用户_n 固有_b 思维_vn 方式_n 和_c 习惯_n ,_w 尽快_d 适应_v 全新_b 的_u 行为_n 方式_n 与_c 规则_n ,_w 将_d 是_v 一_m 个_q 极_d 具_Vg 挑战_v 的_u 问题_n ._w</s>
<s>6G_m 网络_n 最终_d 将_d 提供_v 每_r 秒_q 太比特_n 速率_n ,_w 支撑_v 10_m 年_q 后_f (_w 2030_m 年_q ∼_w )_w 平均_v 每_r 人_r 1000_m +_q 无线_b 节点_n 的_u 连接_vn ,_w 并_c 提供_v 随时随地_l 的_u 即时_d 全息_n 连接_vn 需求_n ._w 未来_t 将_d 是_v 一_m 个_q 完全_a 的_u 数据_n 驱动_vn 的_u 社会_n ,_w 人_n 与_c 万物_n 被_p 普遍_a 地_u 、_w 近乎_v 即时_d (_w 毫秒_q 级_n )_w 地_u 连接_v ,_w 构成_v 一_m 个_q 不可思议_i 的_u 完全_ad 连接_v 的_u 乌托邦_ns 世界_n ._w</s>
<s>36G_nx 候选_vn 关键_n 技术_n</s>
<s>无线_b 接入_vn 技术_n 发展_vn 推动_vn 主要_d 来自_v 两_m 个_q 方面_n :_w 关键_a 理论_n /_w 技术_n 突破_vn 推动_v 技术_n 发展_vn ,_w 应用_vn 需求_n 驱动_v 技术_n 发展_vn ._w 对于_p 未来_t 6G_nx 将_d 会_v 由_p 哪些_r 潜在_b 的_u 关键_a 技术_n 构成_v ,_w 不同_a 的_u 机构_n 分别_d 给出_v 了_u 不同_a 的_u 观点_n [_w 6∼9_m ]_w ._w 当前_t 尚_d 处于_v 6G_nx 概念_n 探讨_vn 的_u 初期_f ,_w 各_r 家_q 给出_v 的_u 观点_n 差异_n 还_d 比较_d 大_a ._w 但_c 相信_v 随着_p 大家_r 对_p 6G_m 概念_n 探讨_vn 和_c 技术_n 研究_vn 的_u 深入_an ,_w 认识_n 将_d 会_v 逐渐_d 清晰_a ,_w 研究_vn 方向_n 也_d 会_v 不断_d 收敛_v 聚焦_v ._w 本_r 节_n 将_d 首先_d 分类_v 罗列_v 6G_nx 潜在_b 关键_a 候选_b 技术_n 特性_n ,_w 然后_c 对_p 相关_vn 候选_b 技术_n 特性_n 进行_v 分析_vn 和_c 解读_vn ._w</s>
<s>为_p 实现_v 第2_m 节_q 所_u 描绘_v 的_u 6G_m 愿景_n 及其_c 挑战_vn ,_w 同时_c 考虑_v 相关_vn 技术_n 发展_vn 状况_n 与_c 趋势_n ,_w 我们_r 认为_v 6G_m 潜在_b 关键_a 技术_n 特性_n 可以_v 包括_v 如下_v 几_m 方面_n (_w 如_v 图_n 3_m 所_u 示_Vg )_w ._w</s>
<s>基础性_n 技术_n 是_v 构成_v 6G_m 网络_n 的_u 基石_n ,_w 只有_c 关键_a 基础_n 技术_n 被_p 突破_v ,_w 6G_m 网络_n 相应_v 的_u 技术_n 需求_n 才_c 可能_v 满足_v ,_w 进而_c 相关_vn 愿景_n 才_c 可能_v 实现_v ._w 而_c 专有_b 技术_n 特性_n 则_d 由_p 多_a 个_q 关键_a 的_u 基础性_n 技术_n 点_n 有机_d 组成_v ,_w 用于_v 满足_v 未来_t 6G_m 典型_a 场景_n 的_u 需求_n ._w 从_p 系统_n 维度_n 看_v ,_w 多_a 个_q 关键_a 技术_n 点_n 组成_v 专有_b 技术_n 特性_n ,_w 而_c 多_a 个_q 专有_b 技术_n 特性_n 组合_vd 构建_v 有机_b 的_u 系统_n ._w 当前_t ,_w 我们_r 需要_v 对_p 6G_n 候选_b 关键_a 技术_n 进行_v 基础性_n 研究_vn 和_c 突破_vn ,_w 为_p 未来_t 6G_nx 网络_n 的_u 标准化_vn 及_c 工程_n 实现_vn 技术_n 研究_vn 奠定_v 基础_n ._w 其中_r ,_w AI_nx 与_c 无线_b 通信_vn 结合_v 研究_v (_w “_w AI_nx -_w based_nx wireless_nx communication_nx ”_w )_w 近期_t 非常_d 火热_a ,_w 也_d 是_v 实现_v 未来_t 6G_m 网络_n “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 的_u 关键_a 技术_n ,_w 但_c 是否_v 可以_v 作为_p 无线_b 领域_n 的_u 基础性_n 技术_n 尚_d 存在_v 争议_vn ._w</s>
<s>3.1_m 新_a 频谱_n 通信_vn 技术_n (_w Communication_nx technologies_n on_v new_nx spectrum_nx )_w</s>
<s>频谱_n 是_v 移动_vn 通信_vn 的_u 基础_n ,_w 也_d 是_v 稀缺_a 资源_n ,_w 持续_vd 增长_v 的_u 业务_n 量_n 需求_n 要求_v 未来_t 移动_vn 通信_vn 系统_n 扩展_v 可_a 用_a 的_u 频谱_n 资源_n ._w 太赫兹_nz (_w terahertz_nx )_w 和_c 可见_vn 光_n (_w visible_nx light_nx )_w 将_d 是_v 极_d 具_Vg 吸引力_n 的_u 两_m 类_q 重要_a 的_u 候选_b 频谱_n ._w 太赫兹_nz 频谱_n 在_p 通信_vn 等_u 领域_n 的_u 开发_vn 利用_vn 受到_v 了_u 来自_v 欧_j 、_w 美_j 、_w 日_j 等_u 国家_n 和_c 区域_n 的_u 高度_d 重视_v ,_w 也_d 获得_v 了_u 国际_n 电信_n 联盟_n (_w International_nx Telecommunications_nx Union_n ,_w ITU_nx )_w 的_u 大力_d 支持_v ._w 可见_v 光_n 通信_vn 技术_n 是_v 随着_p 照明_n 光源_n 支持_v 高速_b 开关_n 而_c 发展_v 起来_v 的_u 一_m 种_q 新型_b 通信_vn 方式_n ,_w 可以_v 有效_a 地_u 缓解_v 当前_t 射频_n 通信_vn 频_n 带_n 紧张_a 的_u 问题_n ,_w 为_p 短_a 距离_n 无线_b 通信_vn 提供_v 了_u 一_m 种_q 新_a 的_u 选择_vn 方式_n ._w</s>
<s>本_r 部分_n 将_d 分析_v 太赫兹_nz 和_c 可见_v 光_n 两_m 类_q 重要_a 的_u 候选_b 频谱_n 特性_n ,_w 探讨_v 两_m 者_r 主要_b 的_u 应用_vn 场景_n ,_w 并_c 给出_v 面临_v 的_u 技术_n 挑战_vn ._w</s>
<s>3.1.1_m 太赫兹_nz 通信_vn (_w Terahertz_nx communication_nx )_w</s>
<s>太_ns 赫兹_nz 波_n 是_v 指_v 频谱_n 在_p 0.1∼10_m THz_q 之间_f 的_u 电磁波_n ,_w 波长_n 为_v 30∼3000µm_m ._w 频谱_n 介于_v 微波_n 与_p 远_a 红外光_n 之间_f ,_w 在_p 其_r 低_a 波段_n 与_p 毫米_q 波_n 相邻_v ,_w 而_c 在_p 其_r 高_a 波段_n 与_p 红外光_n 相邻_v ,_w 位于_v 宏观_n 电子_n 学_n 与_c 微观_n 光子_n 学_n 的_u 过渡_vn 区域_n ._w 太_ns 赫兹_nz 作为_v 一_m 个_q 介于_v 微波_n 与_p 光波_n 之间_f 的_u 全新_b 频段_n 尚_d 未_d 被_p 完全_ad 开发_v ,_w 太赫兹_nz 通信_vn 具有_v 频谱_n 资源_n 丰富_a 、_w 传输_vn 速率_n 高等_b 优势_n ,_w 是_v 未来_t 移动_vn 通信_vn 中_f 极_d 具_Vg 优势_n 的_u 宽带_n 无线_b 接入_vn (_w Tb_nx /_w s_nx 级_n 通信_vn )_w 技术_n [_w 39_m ]_w ._w 美国_ns 联邦_n 通信_vn 委员会_n 专员_n Jessica_nr Rosenworcel_nr 在_p 2018年_t 9月_t 召开_v 的_u 美国_ns 移动_vn 通信_vn 世界_n 大会_n 上_f 表示_v ,_w 6G_m 可以_v 采用_v 基于_p 太赫兹_nz (_w THz_q )_w 频谱_n 的_u 网络_n 和_c 空间_n 复用_vn 技术_n [_w 8_m ]_w ._w</s>
<s>太_ns 赫兹_nz 波_n 以_p 其_r 独有_v 的_u 特性_n ,_w 使_v 太_ns 赫兹_nz 通信_vn 比_p 微波_n 和_c 无线_b 光_n 通信_vn 拥有_v 许多_m 优势_n ,_w 决定_v 了_u 太_j 赫兹_nz 波_n 在_p 高速_b 短_a 距离_n 宽带_n 无线_b 通信_vn 、_w 宽带_n 无线_b 安全_a 接入_vn 、_w 空间_n 通信_vn 等_u 方面_n 均_d 有_v 广阔_a 的_u 应用_vn 前景_n ._w</s><s>(_w 1_m )_w 太_n 赫兹_n 波_n 在_p 空中_s 传播_v 时_Ng 极_d 易_a 被_p 空气_n 中_f 的_u 水分_n 吸收_v ,_w 比较_d 适合于_v 高速_b 短_a 距离_n 无线_b 通信_vn ;_w (_w 2_m )_w 波_n 束_n 更_d 窄_a 、_w 方向性_n 更_d 好_a ,_w 具有_v 更_d 强_a 的_u 抗干扰_v 能力_n ,_w 可_v 实现_v 2∼5_m km_q 内_f 的_u 保密_vn 通信_vn ._w</s><s>(_w 3_m )_w 太_n 赫兹_n 波_n 的_u 频率_n 高_a 、_w 带宽_n 宽_a ,_w 能够_v 满足_v 无线_b 宽带_n 传输_v 时_Ng 对_p 频谱_n 带宽_n 的_u 需求_n ._w 太_f 赫兹_n 波_n 频谱_n 在_p 108∼1013_m GHz_q 之间_f ,_w 其中_r 具有_v 几十_m GHz_q 的_u 可_vn 用_v 频谱_n 带宽_n ,_w 可_v 提供_v 超过_v Tb/s_q 的_u 通信_vn 速率_n ._w</s><s>(_w 4_m )_w 空间_n 通信_vn ._w 在_p 外层_n 空间_n ,_w 太_nz 赫兹_nz 波_n 在_p 350_m ,_w 450_m ,_w 620735_m 和_c 870µm_m 波长_n 附近_f 存在_v 着_u 相对_d 透明_a 的_u 大气_n 窗口_s ,_w 能够_v 做到_v 无_v 损耗_vn 传输_vn ,_w 极_d 小_a 的_u 功率_n 就_d 可_v 完成_v 远_a 距离_n 通信_vn ._w 并且_c ,_w 相对_v 无线_b 光_n 通信_vn 而_u 言_u ,_w 波_n 束_n 更_d 宽_a ,_w 接收_vn 端_Ng 容易_ad 对准_v ,_w 量子_n 噪声_n 较_d 低_a ,_w 天线_n 终端_n 可以_v 小型_v 化_v 、_w 平面_v 化_v ._w 因此_c ,_w 太_nz 赫兹_nz 波_n 可_v 广泛_ad 应用_v 于_p 空间_n 通信_vn 中_f ,_w 特别_d 适合_v 用_v 于_p 卫星_n 之间_f 、_w 星_n 地_n 之间_f 的_u 宽度_n 通信_vn (_w 5_m )_w 太_nz 赫兹_nz 频段_n 波_n 长短_a ,_w 也_d 适合_v 采用_v 更_d 多_a 天线_n 阵子_n 的_u Massive_nx MIMO_n (_w 相对_v 毫米_q 波_n 同样_b 大小_n 甚至_d 更_d 小_a 的_u 天线_n 体积_n )_w ._w 初步_b 的_u 研究_vn 表明_v ,_w Massive_n MIMO_n 提供_v 的_u 波_n 束_n 赋_vn 型_k 及_c 空间_n 复_vn 用_vn 增益_n 可以_v 很_d 好_a 地_u 克服_v 太_nz 赫兹_nz 传播_v 的_u 雨_n 衰_Ag 和_c 大气_n 衰落_vn ,_w 可以_v 满足_v 密集_a 城区_n 覆盖_vn 需求_n (_w 例如_v ,_w 200_m m_nx 小区_n 半径_n )_w ._w</s><s>(_w 6_m )_w 能量_n 效率_n 高_a ._w 相对于_v 无线_b 光_n 通信_vn 而_u 言_u ,_w 太_n 赫兹_q 波_n 的_u 光子_n 能量_n 低_a ,_w 用_p 它_r 作为_v 信息_n 载体_n 可以_v 获得_v 极_d 高_a 的_u 能量_n 效率_n ._w</s><s>(_w 7_m )_w 穿透性_n 强_a ._w 太_n 赫兹_n 波_n 能_v 以_p 较_d 小_a 的_u 衰减_vn 穿透_vn 物质_n ,_w 适合_v 一些_m 特殊_a 场景_n 的_u 通信_vn 需求_n ._w</s>
<s>太_nz 赫兹_nz 频段_n 用于_v 移动_vn 通信_vn 具有_v 不_d 可_v 替代_v 的_u 优势_n ,_w 但_c 同时_d 面临_v 着_u 多_a 方面_n 的_u 挑战_vn :_w (_w 1_m )_w 覆盖_vn 与_c 定向_b 通信_vn 电磁波_n 传播_vn 特性_n 表明_v ,_w 自由_a 空间_n 衰落_vn 大小_n 与_c 频率_n 的_u 平方_q 成_v 正比_n ,_w 因此_c 太_nz 赫兹_nz 相对_d 低频段_n 有_v 较_d 大_a 的_u 自由_a 空间_n 衰落_vn ._w 太_nz 赫兹_nz 传播_vn 特性_n 及_c 巨量_b 天线_n 阵子_n ,_w 意味_v 着_u 太_nz 赫兹_nz 通信_vn 是_v 高度_n 定向_b 的_u 波_n 束_Ng 信号_n 传播_vn ._w 我们_r 需要_v 针对_p 这_r 种_q 高度_n 定向_b 传播_vn 的_u 信号_n 特征_n ,_w 重新_d 设计_v 和_c 优化_v 相关_vn 机制_n ._w</s><s>(_w 2_m )_w 大_a 尺度_n 衰落_vn 特性_n ._w 太_n 赫兹_nz 信号_n 对_p 阴影_n 非常_d 敏感_a ,_w 对_p 覆盖_vn 范围_n 影响_v 很_d 大_a ._w 例如_v ,_w 如_v 砖_n 的_u 信号_n 衰减_v 高达_v 40∼80_m dB_q ,_w 人体_n 可以_v 带来_v 20∼35_m dB_q 的_u 信号_n 衰减_vn ._w 不过_c 湿度_n /_w 降雨_v 衰落_v 对于_p 太_ns 赫兹_nz 通信_vn 影响_v 相对_d 较_d 小_a ,_w 因为_c 湿度_n /_w 降雨_vn 衰落_v 在_p 100_m GHz_q 以下_f 随着_p 频率_n 提升_vn 而_c 快速_d 增加_v ,_w 但_c 在_p 100_m GHz_q 以上_f 已经_d 相对_d 平坦_a ._w 可以_v 选择_v 雨_n 衰_v 相对_d 较_d 小_a 的_u 几_m 个_q 太_ns 赫兹_nz 频段_n 作为_v 未来_t 太_ns 赫兹_nz 通信_vn 的_u 典型_a 频段_n ,_w 例如_v 140_m ,_w 220_m 和_c 340_m GHz_q 等_u 附近_f 频段_n [_w 39_m ]_w ._w</s><s>(_w 3_m )_w 快速_b 信道_n 波动_vn 与_p 间歇_n 性_n 连接_vn ._w 给定_v 的_u 移动_vn 速度_n ,_w 信道_n 相干_b 时间_n 与_c 载波_n 频率_n 为_v 线性_n 关系_n ,_w 也_d 即_v 意味_v 着_u 太_nz 赫兹_nz 频段_n 的_u 相干_vn 时间_n 很_d 小_a ,_w 多普勒_nz (_w Doppler_nx )_w 扩展_v 较_d 大_a ,_w 相比_v 当前_t 蜂窝_n 系统_n 所_u 采用_v 的_u 频段_n 变化_v 快_a 很多_m ._w 此外_c ,_w 较_d 高_a 的_u 阴影_n 衰落_vn 将_d 导致_v 太_nz 赫兹_nz 传播_v 的_u 路径_n 衰落_vn 更_d 剧烈_a 地_u 波动_v ._w 同时_c ,_w 太_nz 赫兹_nz 系统_n 主要_b 构成_n 是_v 小_a 范围_n 覆盖_v 的_u 微小_a 区_n 而且_c 是_v 高度_n 空间_n 定向_b 的_u 信号_n 传输_vn ,_w 这_r 意味_v 着_u 路径_n 衰落_v 、_w 服务_vn 波_n 束_Ng 和_c 小区_n 关联_vn 关系_n 将_d 会_v 迅速_ad 改变_v ._w 从_p 系统_n 角度_n ,_w 意味_v 着_u 太_nz 赫兹_nz 通信_vn 系统_n 的_u 连接_vn 将_d 表现_v 为_v 高度_n 间歇_n 性_n ,_w 需要_v 有_v 快速_d 迅速_ad 适应_v 机制_n 来_v 克服_v 这_r 种_q 快速_d 变化_v 的_u 间歇_n 性_n 连接_vn 问题_n ._w</s><s>(_w 4_m )_w 处理_vn 功耗_n ._w 利用_v 超_v 大_a 规模_n 天线_n 的_u 一_m 个_q 重大_a 的_u 挑战_vn 是_v 宽带_n 太_nz 赫兹_nz 系统_n 模_n 数_n (_w analog_nx to_nx digital_nx ,_w A_nx /_w D_nx )_w 转换_v 的_u 功率_n 消耗_vn ._w 功耗_n 一般_ad 与_p 采样_vn 率_k 呈_v 线性_n 关系_n ,_w 而_c 与_p 每_r 比特_n 的_u 采样_vn 数_n 为_v 指数_n 关系_n ._w 太_nz 赫兹_nz 频段_n 大_a 带宽_n 和_c 巨量_b 天线_n 需要_v 高_a 分辨率_n 的_u 量化_vn ,_w 实现_v 低_a 功耗_n 、_w 低_a 成本_n 的_u 设备_n 将_d 是_v 巨大_a 挑战_vn ._w</s>
<s>为_p 支持_v 太_ns 赫兹_nz 通信_vn ,_w 如下_v 几_m 方面_n 需要_v 进一步_d 深入_ad 研究_v :_w (_w 1_m )_w 半导体_n 技术_n ,_w 包括_v RF_nx 、_w 模拟_vn 基_n 带_n 和_c 数字_n 逻辑_n 等_u ;_w (_w 2_m )_w 研究_v 低_a 复杂度_n 、_w 低_a 功耗_n 的_u 高速_b 基_n 带_n 信号_n 处理_vn 技术_n 和_c 集成_vn 电路_n 设计_vn 方法_n ,_w 研制_v 太_j 赫兹_nz 高速_b 通信_vn 基_n 带_n 平台_n ;_w (_w 3_m )_w 调制_v 解调_v ,_w 包括_v 太_ns 赫兹_nz 直接_a 调制_vn 、_w 太_ns 赫兹_nz 混_vn 频_Ng 调制_vn 和_c 太_j 赫兹_nz 光电_b 调制_vn 等_u ;_w (_w 4_m )_w 波形_n 、_w 信道_n 编码_vn ;_w (_w 5_m )_w 同步_vn 机制_n ,_w 例如_v ,_w 高速_b 高_a 精度_n 的_u 捕获_vn 和_c 跟踪_vn 机制_n 、_w 数百_m 量级_b 天线_n 阵子_n 的_u 同步_vn 机制_n ;_w (_w 6_m )_w 太_ns 赫兹_nz 空间_n 和_c 地面_n 通信_vn 的_u 信道_n 测量_vn 与_c 建模_vn ._w 上述_b 几_m 方面_n 技术_n 问题_n 研究_vn 需要_v 综合_vd 兼顾_v ,_w 以便_d 在_p 太_ns 赫兹_nz 通信_vn 的_u 性能_n 、_w 复杂性_n 和_c 功耗_n 之间_f 取得_v 平衡_vn ._w</s>
<s>另外_c ,_w 在_p 频谱_n 监管_vn 方面_n ,_w 目前_t 国际_n 电联_j 己_r 决定_v 将_p 0.12_m THz_q 和_c 0.2_m THz_q 划归_v 无线_b 通信_vn 使用_v ,_w 但_c 0.3_m THz_q 以上_f 频谱_n 的_u 监管_vn 规则_n 尚_d 不_d 明晰_a ,_w 全球_n 范围_n 内_f 尚_d 未_d 统一_v ._w 需要_v 国际_n 电联_j 层面_n 和_c WRC_nx 会议_n 共同_d 努力_a ,_w 积极_ad 推动_v 以_c 达成_v 共识_n ._w</s>
<s>太赫兹_nz 通信_vn 技术_n 的_u 研究_vn 只有_d 20_m 年_q 时间_n ,_w 很多_m 关键_a 器件_n 还_d 没有_d 研制_v 成功_a ,_w 一些_m 关键_a 技术_n 还_d 不_d 够_v 成熟_a ,_w 还_d 需_v 进行_v 大量_m 的_u 研究_vn 工作_vn ._w 但_c 太赫兹_nz 通信_vn 是_v 一_m 个_q 极_d 具_Vg 应用_vn 前景_n 的_u 技术_n ,_w 随着_p 关键_a 器件_n 及_c 关键_a 技术_n 的_u 突破_vn ,_w 太赫兹_nz 波_n 通信_vn 技术_n 必_d 将_d 给_p 人类_n 生产_v 生活_v 带来_v 深远_a 的_u 影响_vn ._w</s>
<s>3.1.2_m 可见_v 光_n 通信_vn (_w Visible_nx light_nx communications_nx )_w</s>
<s>一_m 种_q 对_p 现有_vn 无线_b 射频_n 通信_vn 技术_n 可能_v 的_u 补充_vn 技术_n 是_v 光_n 无线_b 通信_vn (_w optical_nx wireless_nx communications_nx OWC_nx )_w ,_w 频段_n 包括_v 红_b 外_f 、_w 可见_v 光_n 和_c 紫_b 外_f ,_w 可以_v 有效_a 地_u 缓解_v 当前_t 射频_n 通信_vn 频带_n 紧张_a 的_u 问题_n ._w 其中_r ,_w 可见_v 光_n 频段_n 是_v OWC_nx 最_d 重要_a 的_u 频段_n ,_w 将_d 在_p 本_r 节_n 重点_d 讨论_v ._w</s>
<s>可见_v 光_n 波段_n (_w 390∼700_m nm_q )_w 的_u OWC_nx 系统_n 通常_d 被_p 称为_v 可见_vn 光_n 通信_vn (_w visible_nx light_nx communications_nx VLC_n )_w ,_w 它_r 充分_ad 利用_v 可见_vn 光_n 发光_vn 二极管_n (_w light_nx emitting_nx diode_nx ,_w LED_nx )_w 的_u 优势_n ,_w 实现_v 照明_n 和_c 高速_b 数据_n 通信_vn 的_u 双重_b 目的_n ._w 与_p 无线电_n 通信_vn 相比_v ,_w VLC_nx 具有_v 多_a 方面_n 极_d 具_Vg 吸引力_n 的_u 优势_n ._w 首先_c ,_w 可见_v 光_n 通信_vn 技术_n 可以_v 提供_v 大量_m 潜在_b 的_u 可_a 用_a 频谱_n (_w THz_q 级_n 带宽_n )_w ,_w 并且_c 频谱_n 使用_vn 不_d 受限_v ,_w 不_d 需_v 频谱_n 监管_vn 机构_n 的_u 授权_vn ._w 其次_c ,_w 可见_v 光_n 通信_vn 不_d 产生_v 电磁_n 辐射_vn ,_w 也_d 不_d 易_ad 受_v 外部_f 电磁_n 干扰_vn 影响_vn ,_w 所以_c 可_v 广泛_ad 应用_v 于_p 对_p 电磁_n 干扰_vn 敏感_a ,_w 甚至_d 必须_d 消除_v 电磁_n 干扰_vn 的_u 特殊_a 场合_n ,_w 如_v 医院_n 、_w 航空器_n 、_w 加油站_n 和_c 化工厂_n 等_u ._w 再次_c ,_w 可见_v 光_n 通信_vn 技术_n 所_u 搭建_v 的_u 网络_n 安全性_n 更_d 高_a ._w 该_r 技术_n 使用_v 的_u 传输_vn 媒介_n 是_v 可见_v 光_n ,_w 不_d 能_v 穿透_v 墙壁_n 等_u 遮挡_vn 物_n ,_w 传输_v 限制_v 在_p 用户_n 的_u 视距_n 范围_n 以内_f 这_r 就_d 意味_v 着_u 网络_n 信息_n 的_u 传输_vn 被_p 局限_v 在_p 一_m 个_q 建筑物_n 内_f ,_w 有效_a 地_u 避免_v 了_u 传输_vn 信息_n 被_p 外部_f 恶意_d 截获_v ,_w 保证_v 了_u 信息_n 的_u 安全性_n ._w 最后_f ,_w 可见_v 光_n 通信_vn 技术_n 支持_v 快速_d 搭建_v 无线_b 网络_n ,_w 可以_v 方便_a 灵活_a 地_u 组建_v 临时_b 网络_n 与_c 通信_vn 链_n 路_n ,_w 降低_v 网络_n 使用_vn 与_c 维护_vn 成本_n ._w 像_p 地铁_n 、_w 隧道_n 等_u 射频_n 信号_n 覆盖_v 盲区_n ,_w 如果_c 使用_v 射频_n 通信_vn ,_w 则_c 需要_v 高昂_a 的_u 成本_n 建立_v 基_Ng 站_n ,_w 并_c 支付_v 昂贵_a 的_u 维护_vn 费用_n ._w 而_c 室内_s 可见_v 光_n 通信_vn 技术_n 可以_v 利用_v 其_r 室内_s 的_u 照明_n 光源_n 作为_v 基_n 站_n ,_w 结合_v 其他_r 无线_b /_w 有线_b 通信_vn 技术_n ,_w 为_p 用户_n 提供_v 便捷_a 的_u 室内_s 无线_b 通信_vn 服务_vn ._w</s>
<s>OWC_nx 典型_a 应用_vn 场景_n 包括_v :_w 光_n 热点_n (_w 特别_d 是_v 在_p 室内_s 场景_n )_w 、_w 短_a 距离_n 通信_vn 、_w 星_n 间_f 链_n 路_n 激光_n 通信_vn 和_c 海底_n 通信_vn (_w 克服_v 衰减_vn 和_c 电磁_n 干扰_vn )_w ._w 这些_r 典型_a 应用_vn 场景_n 的_u OWC_nx 技术_n 值得_v 深入_ad 研究_v ,_w 并_c 针对性_n 地_u 优化_vd 解决_v ._w</s>
<s>3.2_m 基础性_n 技术_n (_w Fundamental_nx technologies_n )_w</s>
<s>构成_v 6G_m 系统_n 的_u 潜在_b 基础_n 技术_n 较_d 多_a ,_w 本_r 节_n 将_d 对_p 其中_r 最_d 可能_v 的_u 潜在_b 关键_a 基础性_n 技术_n 展开_v 讨论_vn ,_w 包括_v 稀疏_a 理论_n (_w 主要_d 指_v 压缩_v 感知_vn )_w 、_w 全新_b 信道_n 编码_vn 、_w 大_a 规模_n 天线_n 、_w 灵活_a 频谱_n 技术_n 、_w 基于_p AI_nx 的_u 无线_b 通信_vn 技术_n 等_u ._w</s>
<s>3.2.1_m 稀疏_a 理论_n –_w 压缩_vn 感知_vn (_w Sparse_nx theory-compressed_nx sensing_nx )_w</s>
<s>信号_n 采样_vn 是_v 联系_v 模拟_v 信_n 源_Ng 和_c 数字_n 信息_n 的_u 桥梁_n ._w 人们_n 对_p 信息_n 的_u 巨量_b 需求_n 对_p 信号_n 的_u 采样_vn 、_w 传输_vn 和_c 存储_vn 带来_v 巨大_a 压力_n ,_w 如何_r 缓解_v 这_r 种_q 压力_n 又_d 能_v 有效_ad 提取_v 承载_v 在_p 信号_n 中_f 的_u 有用_a 信息_n 是_v 信号_n 与_c 信息_n 处理_vn 中_f 急_ad 需_v 解决_v 的_u 关键_n 问题_n 之一_r ._w 传统_n 的_u 信号_n 处理_vn 是_v 以_p Shannon_nx -_w Nyquist_nx 采样_vn 定理_n 为_v 基础_n ,_w 信号_n 通常_d 先_d 采样_v 后_f 压缩_v ,_w 而且_c 必须_d 以_p 高于_v Shannon_nx -_w Nyquist_nx 频率_n 的_u 速率_n 对_p 信号_n 进行_v 采样_vn 和_c 处理_vn ._w 不同_a 于_p Shannon_nx -_w Nyquist_nx 信号_n 采样_vn 机制_n ,_w Donoho_nx [_w 40_m ]_w 和_c Cand_nx `_w es_nx 等_u [_w 41_m ]_w 基于_p 信号_n 稀疏_a 性_k 提出_v 一_m 种_q 称为_v 压缩_vn 感知_vn /_w 压缩_vn 采样_vn (_w compressed_nx sensing_nx /_w compressive_nx sampling_nx ,_w CS_nx )_w 的_u 新颖_a 采样_vn 理论_n ,_w 成功_ad 实现_v 了_u 信号_n 的_u 同时_n 采样_vn 与_c 压缩_vn ,_w 为_p 缓解_v 上述_b 压力_n 提供_v 了_u 解决_vn 方法_n ._w CS_nx 是_v 获取_v 、_w 处理_v 和_c 恢复_v 稀疏_a 信号_n 的_u 有_v 吸引力_n 的_u 范例_n [_w 40_m ]_w ,_w 这_r 种_q 全新_b 模式_n 是_v 传统_n 信息_n 处理_vn 操作_vn (_w 包括_v 采样_v 、_w 感知_v 、_w 压缩_v 、_w 估计_v 和_c 检测_v )_w 极_d 具_Vg 竞争力_n 的_u 替代_vn 方案_n ._w 此_r 研究_vn 思想_n 挑战_v 了_u Shannon_nx -_w Nyquist_nx 采样_vn 定理_n [_w 42_m ]_w 的_u 理论_n 极限_n ,_w 对_p 整个_b 信号_n 处理_vn 领域_n 产生_v 了_u 极其_d 重要_a 的_u 影响_vn ._w</s>
<s>CS_nx 理论_n 是_v 当前_t 信号_n 处理_vn 领域_n 的_u 研究_vn 热点_n 之一_r [_w 40_m ,_w 41_m ,_w 43_m ∼_w 49_m ]_w ._w CS_nx 的_u 核心_n 在于_v 可以_v 以_p 计算_v 有效_a 的_u 方式_n 从_p 欠_v 定_v 线性_n 系统_n 中_f 恢复_v 稀疏_a 信号_n ,_w 即_v 信号_n 的_u 少量_m 线性_n 测量_vn (_w 投影_vn )_w 包含_v 用于_v 其_r 重建_v 的_u 足够_vn 信息_n ._w 压缩_vn 感知_vn 理论_n 指出_v :_w 当_p 信号_n 在_p 某个_r 变换_vn 域_Ng 是_v 稀疏_a 的_u 或_c 可_v 压缩_v 的_u ,_w 可以_v 利用_v 与_p 变换_vn 矩阵_n 非_d 相干_v 的_u 测量_vn 矩阵_n 将_p 变换_vn 系数_n 线性_n 投影_vn 作为_v 低_a 维_n 观测_vn 向量_n ,_w 同时_c 这_r 种_q 投影_vn 保持_v 了_u 重建_v 信号_n 所_u 需_v 的_u 信息_n ,_w 通过_p 进一步_d 求解_v 稀疏_a 最_d 优化_v 问题_n 就_d 能够_v 从_p 低_a 维_n 观测_vn 向量_n 精确_a 地_u 或_c 高_a 概率_n 精确_a 地_u 重建_v 原始_a 高维_n 信号_n ._w 在_p 该_r 理论_n 框架_n 下_f ,_w 采样_vn 速率_n 不_d 再_d 取决于_v 信号_n 的_u 带宽_n ,_w 而_c 是_v 很_d 大_a 程度_n 上_f 取决于_v 两_m 个_q 基本_a 准则_n :_w 稀疏_a 性_n 和_c 非_h 相干_vn 性_n ,_w 或者_c 稀疏_a 性_k 和_c 等_v 距_Ng 约束性_n ._w 在_p 压缩_vn 感知_vn 理论_n 中_f ,_w 发端_n 用_p 信息_n 采样_vn (_w 即_v 数据_n 观测_vn 或_c 感知_vn )_w 代替_v 了_u 信号_n 采样_vn ,_w 而_c 收_v 端_Ng 设备_n 则_c 用_p 信号_n 重建_vn 代替_v 了_u 传统_n 的_u 解码_vn ,_w 因此_c 不_d 受_v Shannon_nr -_w Nyquist_nx 采样_vn 率_k 的_u 限制_vn ._w 这_r 一_m 优势_n 使得_v 压缩_vn 感知_vn 在_p 通信_vn 与_c 信息_n 处理_vn 的_u 许多_m 方面_n 有_v 着_u 巨大_a 的_u 应用_vn 前景_n ._w</s>
<s>传统_n Shannon_nx -_w Nyquist_nx 采样_vn 定理_n 存在_v 的_u 问题_n :_w 对于_p 高_a 宽带_n 信号_n ,_w Shannon_nx -_w Nyquist_nx 采样_vn 定理_n 需要_v 至少_d 两_m 倍_q 带宽_n 的_u 采样_vn 速率_n ,_w 对_p 采样_vn 硬件_n 设备_n 要求_v 较_d 高_a ;_w 同时_c ,_w 产生_v 的_u 大量_m 信号_n 采样_vn 点_n 对_p 后续_v 的_u 传输_vn 及_c 存储_vn 带来_v 很_d 重_a 的_u 负担_n ,_w 既_c 浪费_v 了_u 大量_m 的_u 通信_vn 带宽_n 资源_n 又_c 增加_v 了_u 通信_vn 设备_n 成本_n ;_w 另外_c ,_w 也_d 会_v 因为_c 要_v 处理_v 的_u 数据_n 量_n 较_d 多_a 而_c 降低_v 了_u 系统_n 对_p 信号_n 处理_vn 的_u 实时性_n ._w 基于_p 上文_n 所_u 述_Vg CS_nx 特性_n 可知_v ,_w 利用_v CS_nx 特性_n 完全_ad 可以_v 克服_v 传统_n Shannon_nx -_w Nyquist_nx 采样_vn 定理_n 的_u 问题_n ,_w 更_d 好_a 地_u 提升_v 未来_t 通信_vn 系统_n 的_u 性能_n :_w 极_ad 大_ad 提升_v 有用_a 信息_n 传输_vn 能力_n ,_w 降低_v 有用_a 信息_n 传输_vn 及_c 处理_vn 时_Ng 延_Vg ._w 近年_l 来_f ,_w 人们_n 提出_v 了_u 利用_v 目标_n 信号_n 稀疏_a 性_n 的_u 各_r 种_q 无线_b 通信_vn 应用_vn ,_w 值得_v 注意_v 的_u 例子_n 包括_v 信道_n 估计_vn 、_w 干扰_vn 抵消_v 、_w 方向_n 估计_vn 、_w 频谱_n 感知_vn 和_c 符号_n 检测_vn [_w 44_m ]_w ._w</s>
<s>压缩_vn 感知_vn /_w 稀疏_a 理论_n 在_p 5G_n 已_d 有_v 少量_m 涉及_vn ,_w 例如_v 基于_p 稀疏_a 码_n 的_u 非_h 正交_b 多_a 址_Ng (_w sparse_nx code_nx multiple_nx access_nx ,_w SCMA_nx )_w 、_w Massive_nx MIMO_nx 的_u 信道_n 估计_vn ,_w 但_c 由于_p 技术_n 成熟_a 度_k 不足_a 与_c 标准化_vn 时间_n 紧迫性_n 的_u 矛盾_an ,_w 最终_d 并_d 没有_d 能够_v 在_p 5G_n 标准_n 中_f 采纳_v ._w 面对_v 未来_t 6G_m 极_d 具_Vg 挑战_v 的_u 需求_n ,_w 压缩_vn 感知_vn 理论_n 在_p 6G_nx 中_f 应用_v 有_v 更_d 大_a 的_u 迫切性_n :_w 下_f 一_m 代_q 无线_b 传输_vn 面临_v 超_b 大_a 带宽_n 、_w 超_b 大_a 规模_n 天线_n 及_c 超_h 密集_a 基_n 站_n ,_w 将_d 需要_v 难以_d 估量_v 的_u 计算_vn 复杂度_n 、_w 硬件_n 成本_n 及_c 能量_n 消耗_vn ;_w 海量_n 的_u 物联网_n 节点_n /_w 触觉_n 网络_n 节点_n 也_d 需要_v 利用_v 压缩_vn 感知_vn 理论_n 来_v 解决_v 信号_n 采集_vn 压缩_vn 问题_n [_w 43_m ]_w ._w 基于_p 目前_t 压缩_vn 感知_vn /_w 稀疏_a 理论_n 研究_vn 的_u 发展_vn 趋势_n ,_w 10_m 年_q 后_f 其_r 技术_n 成熟_a 度_n 完全_ad 可以_v 满足_v 工程_v 化_v 应用_v 的_u 需求_n ,_w 从而_c 在_p 6G_nx 系统_n 中_f 工程_v 化_v 落地_v 成为_v 可能_n ._w</s>
<s>结合_v 6G_m 将_d 要_v 面临_v 的_u 需求_n 和_c 挑战_vn ,_w 有_v 3_m 种_q 压缩_vn 感知_vn 典型_a 应用_vn 场景_n :_w 超宽带_b 频谱_n 感知_vn 、_w 无线_b 传感_vn 网络_n (_w 无线_b 触觉_n 网络_n )_w 、_w 超_b 大_a 规模_n 天线_n ._w</s>
<s>3.2.2_m 全新_b 信道_n 编码_n (_w New_nx channel_n coding_nx )_w</s>
<s>信道_n 编码_vn 是_v 无线_b 通信_vn 的_u 基础_n ,_w 下_f 一_m 代_q 信道_n 编码_vn 机制_n 需要_v 率先_d 研究_v 并_c 突破_v ,_w 为_p 未来_t 6G_m 无线_b 通信_vn 系统_n 打下_v 基础_n ._w</s>
<s>相对_v 目前_t 5G_n 系统_n ,_w 下_f 一_m 代_q 信道_n 编码_vn 机制_n 研究_vn 需要_v 满足_v 未来_t 更加_d 复杂_a 异_b 构_Ng 的_u 无线_b 通信_vn 场景_n 和_c 业务_n 需求_n ,_w 需要_v 考虑_v 几_m 方面_n 的_u 典型_a 场景_n :_w 超高_b 吞吐量_n (_w Tb_nx /_w s_n 级别_n )_w 、_w 超大_b 带宽_n 信道_n 、_w 超_b 高频_n 信道_n 、_w 可见_v 光_n 信道_n 、_w 高空_s /_w 太空_s 信道_n 、_w 远洋_b /_w 深海_n 信道_n 、_w 深_a 地_n 信道_n 等_u 复杂_a 的_u 传播_vn 环境_n 及_c 更_d 异_Ag 构_Ng 多样_m 的_u 业务_n 类型_n ._w</s>
<s>信道_n 编码_n 应用_v 于_p 未来_t 无线_b 通信_vn 系统_n 同时_d 涉及_v 先进_a 的_u 信道_n 编码_n 算法_n 和_c 强大_a 的_u 芯片_n 及_c 实现_vn 技术_n 两_m 方面_n ._w 前者_r 受到_v 后者_r 工程_n 实现_v 的_u 制约_vn ,_w 因此_c 需要_v 对_p 两_m 者_r 综合_vd 研究_v 和_c 突破_v ._w 信道_n 编码_n 机制_n 研究_vn 可以_v 基于_p 现有_vn 先进_a 编码_vn 机制_n (_w 如_v Turbo_nx ,_w LDPC_nx ,_w Polar_nx 等_u )_w 获得_v 适用_v 于_p 未来_t 通信_vn 系统_n 应用_vn 场景_n 的_u 基本_a 信道_n 编码_vn 原则_n ,_w 并_c 进一步_d 研究_v 新_a 的_u 编解_vn 码_j 机制_n 及_c 对应_v 的_u 芯片_n 实现_vn 方案_n ._w 需要_v 对_p 目前_t 学术界_n 正在_d 研究_v 的_u 相关_vn 信道_n 编码_vn 机制_n 进行_v 遴选_vn ,_w 综合_vd 考虑_v 其_r 理论_n 性能_n 上限_n 及_c 对应_v 的_u 工程_n 实现_vn 约束_vn ,_w 作为_v 下_f 一_m 代_q 无线_b 通信_vn 系统_n 信道_n 编码_vn 机制_n 候选_b 的_u 突破_vn 方向_n ._w AI_nx 在_p 无线_b 通信_vn 中_f 的_u 应用_vn 研究_vn 也_d 给_p 信道_n 编码_n 研究_vn 提供_v 了_u 一_m 种_q 全新_b 的_u 范式_n ._w 经典_n 的_u 纠错_vn 码_Ng 是_v 根据_p 编码_vn 理论_n 设计_v 的_u ,_w 而_c AI_nx 驱动_v 的_u 方法_n 不_d 再_d 需要_v 依赖_v 于_p 编码_vn 理论_n ,_w 为_p 突破_v 现有_vn 理论_n 设计_v 出_v 全新_b 信道_n 编码_vn 机制_n 提供_v 了_u 可能_n [_w 50_m ]_w ._w</s>
<s>另外_c ,_w 现有_vn 工程_n 使用_v 的_u 信道_n 编码_vn 设计_vn 假设_n 为_v 高斯_nr (_w Gauss_nx )_w 点_n 对_l 点_n 信道_n ,_w 而_c 实际_a 通信_vn 是_v 多_a 用户_n 复杂_a 网络_n 场景_n 的_u 干扰_vn /_w 衰落_vn 信道_n ,_w 因此_c 现有_vn 信道_n 编码_vn 机制_n 对_p 实际_a 干扰_vn 信道_n 来说_u 是_v 次_q 优_Ag 的_u ._w 未来_t 通信_vn 网络_n 干扰_vn 关系_n 更加_d 复杂_a ,_w 有_v 必要_an 考虑_v 基于_p 干扰_vn 信道_n 假设_n 进行_v 优化_vn 设计_vn ,_w 例如_v ,_w 多_a 用户_n 信道_n 编码_n ._w</s>
<s>3_m ._w 2_m ._m 3_m 超_v 大_a 规模_n 天线_n 技术_n (_w Very_a large_nx scale_nx antenna_nx )_w</s>
<s>多_a 天线_n 技术_n ,_w 尤其_d 超_v 大_a 规模_n 天线_n 技术_n ,_w 是_v 提升_v 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n 频谱_n 效率_n 的_u 关键_n 技术_n 之一_r ._w 若_c 想_v 在_p 未来_t 6G_m 网络_n 中_f 更_d 好_a 地_u 发挥_v 多_a 天线_n 的_u 增益_n ,_w 我们_r 将_d 不得不_d 面临_v 诸多_m 前所未有_i 的_u 需求_n 和_c 挑战_vn ._w</s>
<s>从_p 候选_b 频谱_n 角度_n ,_w 6G_m 极_d 有_v 可能_n 采用_v 太_nz 赫兹_nz 频谱_n 通信_v ._w 目前_t 太_nz 赫兹_nz 频谱_n 特性_n 还_d 未_d 完全_ad 研究_v 清楚_a ,_w 如何_r 在_p 太_nz 赫兹_nz 频谱_n 上_f 采用_v 大_a 规模_n 天线_n 更_d 是_v 面临_v 诸多_m 难题_n ,_w 包括_v 工程_n 理论_n 突破_vn 和_c 设计_vn 实现_vn ._w 同时_c ,_w 太_nz 赫兹_nz 频谱_n 的_u 引入_vn 也_d 意味_v 着_u 未来_t 通信_vn 系统_n 频谱_n 范围_n 跨度_n 更_d 大_a ,_w 囊括_v 6_m GHz_q 以下_f 低频_b 、_w 6_m GHz_q 以上_f 毫米_q 波_v 及_c 更_d 高频_b 太_nz 赫兹_nz ._w 另外_c ,_w 太_nz 赫兹_nz 频谱_n 的_u 大_a 规模_n 天线_n 的_u 阵子_n 数量_n 也_d 会_v 大幅_d 增加_v ,_w 频谱_n 效率_n 要求_v 更_d 高_a ._w</s>
<s>面对_v 6G_m 需求_n 的_u 挑战_vn ,_w 大_a 规模_n 天线_n 技术_n 需要_v 研究_v 并_c 突破_v 如下_v 几_m 方面_n 的_u 问题_n :_w 解决_v 跨_v 频段_n 、_w 高_a 效率_n 、_w 全_a 空域_n 覆盖_vn 天线_n 射频_n 领域_n 的_u 理论_n 与_c 技术_n 实现_vn 问题_n ;_w 研究_v 可_v 配置_v 、_w 大_a 规模_n 阵列_n 天线_n 与_c 射频_n 技术_n ,_w 突破_v 多_a 频段_n 、_w 高_a 集成_vn 射频_n 电路_n 面临_v 的_u 包括_v 低_a 功耗_n 、_w 高_a 效率_n 、_w 低_a 噪声_n 、_w 非线性_b 、_w 抗_v 互_d 扰_v 等_u 多_a 项_q 关键性_n 挑战_vn ;_w 提出_v 新型_b 大_a 规模_n 阵列_n 天线_n 设计_vn 理论_n 与_c 技术_n 、_w 高_a 集成度_n 射频_n 电路_n 优化_vn 设计_vn 理论_n 与_c 实现_vn 方法_n ,_w 以及_c 高_a 性能_n 大_a 规模_n 模拟_vn 波_n 束_Ng 成型_b 网络_n 设计_vn 技术_n ._w</s>
<s>另外_c ,_w 为了_p 充分_ad 得到_v 大_a 规模_n 天线_n 增益_n ,_w 需要_v 在_p 发射_vn 端_Ng 和_c 接收_vn 端_Ng 获得_v 信道_n 状态_n 信息_n (_w channel_nx status_nx information_n ,_w CSI_nx )_w ._w 即使_c 假设_v TDD_nx 双_m 工_b 方式_n ,_w 依然_d 会_v 存在_v 导_n 频_Ng 污染_vn 的_u 问题_n ,_w 也_d 即_v 来自_v 不同_a 小区_n 的_u 上行_vn 链_n 路_n 导_v 频_Ng 序列_n 彼此_r 干扰_v ._w 这些_r 问题_n 对于_p 超_h 大_b 规模_n 天线_n 来说_u ,_w 即使_c 仅仅_d 为了_p 获取_v 不_d 完美_a 的_u CSI_nx 也_d 是_v 极_d 具_Vg 挑战性_n ._w 尤其_d 对于_p 太_nz 赫兹_nz 频谱_n 的_u 大_a 规模_n 天线_n ,_w 其_r 阵子_n 数_n 更_d 多_a ,_w 需要_v 估计_v 的_u 信道_n 数目_n 将_d 会_v 非常_d 庞大_a ._w 基于_p 压缩_vn 感知_vn 理论_n 对_p 太_nz 赫兹_nz 频谱_n 的_u 大_a 规模_n 天线_n 进行_v 参考_vn 信号_n 设计_vn 、_w 信道_n 估计_vn 与_c 反馈_vn 是_v 一_m 个_q 较_d 好_a 的_u 选择_vn ,_w 包括_v FDD_nx 和_c TDD_nx 双_m 工_b 方式_n 的_u Massive_n MIMO_nx 场景_n [_w 51_m ∼53_m ]_w ._w 在_p Massive_n MIMO_nx 系统_n 中_f [_w 54_m ,_w 55_m ]_w ,_w 发射机_n 和_c /_w 或_c 接收机_n 配备_v 了_u 大_a 规模_n 天线_n 阵列_n ,_w 由于_c 散射_vn 群_Ng 数量_n 有限_a ,_w 空间_n 分辨率_n 提高_v ,_w 信道_n 可以_v 在_p 角_n 域_n 中_f 稀疏_a 地_u 表示_v [_w 56∼58_m ]_w ._w 另外_c ,_w 相关_vn 研究_vn 和_c 实际_a 测量_vn 表明_v ,_w 太赫兹_nz 信号_n 到达_v 由_p 少量_m 的_u 路径_n 簇_Ng 构成_v ,_w 且_c 每_r 个_q 簇_n 仅_d 有_v 较_d 小_a 的_u 角度_n 扩展_v ._w 这些_r 太赫兹_nz 频谱_n 及其_c 大_a 规模_n 天线_n 的_u 显著_a 稀疏_a 特性_n 有利于_v 采用_v 压缩_vn 感知_vn 技术_n ,_w 有效_ad 降低_v 处理_vn 复杂_a 度_n ,_w 提升_v 系统_n 性能_n ._w</s>
<s>3.2.4_m 灵活_a 频谱_n 技术_n (_w Flexible_nx spectrum_nx )_w</s>
<s>上文_n 所_u 讨论_v 的_u 几_m 项_q 潜在_b 的_u 关键_a 基础性_n 技术_n 都_d 是_v 为了_p 进一步_d 提升_v 频谱_n 效率_n ,_w 使得_v 频谱_n 效率_n 逼近_v 信道_n 容量_n 上限_n ,_w 从而_c 在_p 理想_a 假设_n 下_f 达到_v 网络_n 峰_n 值_n 速率_n ._w 而_c 实际_a 网络_n 中_f ,_w 更_d 典型_a 情况_n 是_v 频谱_n 需求_n 的_u 不_d 均衡_a 性_k 包括_v 不同_a 网络_n 间_f 的_u 不_d 均衡_a 、_w 同_v 一_b 网络_n 内_f 不同_a 节点_n 之间_f 的_u 不_d 均衡_a 、_w 同_v 一_m 节点_n 收发_vn 链_n 路_n 之间_f 的_u 不_d 均衡_a 等_u 而_c 这些_r 不_d 均衡_a 特性_n 导致_v 频谱_n 利用率_n 低下_a ._w 本_r 节_n 将_d 分别_d 探讨_v 解决_v 上述_b 频谱_n 需求_n 不_d 均衡_a 问题_n 的_u 两_m 种_q 潜在_b 候选_b 技术_n :_w (_w 1_m )_w 频谱_n 共享_vn ,_w 主要_d 用于_v 解决_v 不同_a 网络_n 间_f 的_u 频谱_n 需求_n 不_d 均衡_a 问题_n ;_w (_w 2_m )_w 全_a 自由度_n 双_m 工_n ,_w 主要_d 用于_v 解决_v 同_v 一_b 网络_n 内_f 不同_a 节点_n 之间_f 和_c 同_v 一_m 节点_n 收发_vn 链_n 路_n 之间_f 的_u 频谱_n 需求_n 不_d 均衡_a 问题_n ._w 无线_b 通信_vn 业务_n 量_n 需求_n 激增_v 与_c 频谱_n 资源_n 紧缺_a 的_u 外在_b 矛盾_an ,_w 正_d 驱动_v 无线_b 通信_vn 标准_n 的_u 内在_b 变革_vn ._w 进一步_d 提升_v 频谱_n 效率_n ,_w 并_c 消除_v 对_p 频谱_n 资源_n 利用_vn 方式_n 的_u 限制_vn ,_w 成为_v 未来_t 无线_b 通信_vn 革新_vn 的_u 一_m 个_q 目标_n ._w</s>
<s>3.2.4.1_m 频谱_n 共享_vn (_w Spectrum_nz sharing_nx )_w</s>
<s>为_p 满足_v 未来_t 6G_m 系统_n 频谱_n 资源_n 使用_vn 需求_n ,_w 一_m 方面_c ,_w 需要_v 扩展_v 可_a 用_vn 频谱_n ,_w 例如_v 采用_v 太赫兹_nz 频谱_n 和_c 可见_v 光_n 频谱_n ,_w 如_v 3_m ._q 1_m 小节_n 所_u 述_Vg ;_w 另_r 一_m 方面_c 也_d 需要_v 在_p 频谱_n 使用_vn 规则_n 上_f 有所_v 改变_vn ,_w 突破_v 目前_t 授权_v 载波_n 使用_vn 方式_n 为主_v 的_u 现状_n ,_w 以_p 更_d 灵活_a 的_u 方式_n 分配_v 和_c 使用_v 频谱_n ,_w 从而_c 提升_v 频谱_n 资源_n 利用率_n ._w 目前_t 蜂窝_n 网络_n 主要_d 是_v 采用_v 授权_v 载波_n 的_u 使用_vn 方式_n ,_w 频谱_n 资源_n 所有者_n 独占_v 频谱_n 使用_vn 权限_n ,_w 即使_c 所_u 述_Vg 频谱_n 资源_n 暂时_d 空闲_v ,_w 其他_r 需求_n 者_k 也_d 没有_v 机会_n 使用_v ._w 独占_v 授权_vn 频谱_n 对_p 用户_n 的_u 技术_n 指标_n 和_c 使用_vn 区域_n 等_u 有_v 严格_a 的_u 限制_vn 和_c 要求_n ,_w 能够_v 有效_ad 避免_v 系统_n 间_f 干扰_vn 并_c 可以_v 长期_d 使用_v ._w 然而_c ,_w 这_r 种_q 方式_n 在_p 具备_v 较_d 高_a 的_u 稳定性_n 和_c 可靠性_n 的_u 同时_n ,_w 也_d 存在_v 着_u 因_p 授权_v 用户_n 独占_vn 频段_n 造成_v 的_u 频谱_n 闲置_vn 、_w 利用_v 不_d 充分_a 等_u 问题_n ,_w 加剧_v 了_u 频谱_n 供需_n 矛盾_an ._w 显然_ad ,_w 打破_v 独占_v 授权_vn 频谱_n 的_u 静态_n 频谱_n 划分_vn 使用_vn 规则_n ,_w 采用_v 频谱_n 资源_n 共享_v 的_u 方式_n 是_v 更_d 好_a 的_u 选择_vn [_w 59_m ]_w ._w</s>
<s>基于_p 频谱_n 资源_n 授权_vn 方式_n 划分_vn ,_w 频谱_n 共享_vn 可以_v 进一步_d 分为_v 两_m 种_q 类型_n :_w 非_h 授权_vn 频谱_n ,_w 用户_n 使用_vn 频段_n 不_d 受_v 限制_vn ,_w 彼此_r 之间_f 享有_v 同等_b 的_u 使用_vn 权利_n 但_c 均_d 不_d 受到_v 保护_vn ,_w 需要_v 通过_p 技术_n 手段_n 避免_v 相互_d 产生_v 干扰_vn ;_w 动态_n 共享_vn 频谱_n ,_w 在_p 保证_v 主_n 用户_n 不_d 受_v 干扰_vn 的_u 前提_n 下_f ,_w 通过_p 设计_v 许可_vn 权限_n (_w 如_v 规定_vn 接入_vn 时间_n 、_w 接入_vn 地点_n 、_w 发射_vn 功率_n 、_w 干扰_vn 保护_vn 等_u )_w ,_w 赋予_v 次_h 用户_n 相应_v 的_u 频谱_n 使用_vn 权利_n ,_w 次_a 用户_n 可_v 使用_v 数据库_n 、_w 频谱_n 感知_vn 、_w 认知_vn 无线电_n 等_u 技术_n ,_w 在_p 空间_n 、_w 时间_n 、_w 频率_n 等_u 不同_a 维度_n 上_f 与_p 主_n 用户_n 共享_v 频谱_n ._w</s>
<s>对于_p 非_b 授权_vn 频谱_n ,_w 目前_t 主要_b 的_u 非_b 授权_vn 载波_n 频段_n 包括_v 2.4_m GHz_q 和_c 5_m GHz_q ,_w 占_v 总_b 可_v 用_v 频谱_n 的_u 比例_n 较_d 小_a 不同_a 国家_n 和_c 地区_n 使用_vn 规则_n 也_d 不_d 统一_a ._w WLAN_nx 系统_n 是_v 最_d 主要_d 使用_v 非_h 授权_vn 载波_n 的_u 商业化_v 的_u 技术_n ,_w 但_c 频谱_n 效率_n 相对_d 较_d 低_a ._w 3GPP_nx LTE_n Rel-13_nx 标准_a 版本_n 引入_v LAA_nx (_w licensed_nx -_w assisted_n access_nx )_w 技术_n ,_w 开创_v 了_u 蜂窝_n 系统_n 使用_v 非_h 授权_vn 载波_n 的_u 先例_n ._w 当前_t ,_w NR_nx -_w unlicensed_nx 技术_n 特性_n 正在_d 3GPP_nx 5G_nz 标准_n 讨论_vn 中_f ,_w 将_d 会_v 包含_v 在_p 5G_n NR_nx Rel-16_nx 标准_a 版本_n (_w 2019年_t 底_f 完成_v 并_c 发布_v )_w ,_w 5G_n NR_nx 也_d 将_d 可以_v 利用_v 非_b 授权_vn 载波_n 通信_vn ._w 而_c 对于_p 动态_n 频谱_n 共享_vn ,_w 尽管_c 已_d 有_v 多_a 年_q 的_u 研究_vn ,_w 但_c 迄今_d 尚_d 未_d 在_p 规模_n 商用_b 网络_n 中_f 采用_v ._w</s>
<s>频谱_n 共享_vn 技术_n 没有_d 被_p 充分_ad 部署_v 的_u 原因_n 有_v 频谱_n 分配_vn 规则_n 约束_v 的_u 因素_n ,_w 但_c 更_d 主要_d 是_v 频谱_n 共享_vn 技术_n 本身_r 成熟_a 度_k 的_u 限制_vn ._w 我们_r 还是_v 需要_v 在_p 频谱_n 共享_vn 技术_n 研究_vn 上_f 有所_v 突破_vn ,_w 包括_v 高效_b 频谱_n 共享_vn 技术_n 及_c 高效_b 频谱_n 监管_vn 技术_n ,_w 以_c 在_p 未来_t 网络_n 中_f 更_d 好_a 地_u 采用_v 共享_vn 频谱_n 技术_n 提升_v 频谱_n 资源_n 利用率_n ,_w 同时_c 也_d 可以_v 更_d 方便_a 地_u 进行_v 频谱_n 监管_vn ._w 频谱_n 共享_vn 的_u 实现_vn 技术_n 可_v 分为_v 3_m 大_a 类_q :_w 一_m 是_v 感知_vn 类_n ,_w 例如_v 认知_v 无线电_n 技术_n (_w cognitive_nx radio_nx ,_w CR_nx )_w [_w 60_m ]_w ;_w 二_m 是_v 共享_vn 数据库_n 类_n ,_w 如_v 频谱_n 池_n 技术_n ;_w 三_m 是_v 将_p 前_f 两_m 类_q 技术_n 结合_v 起来_v 使用_v ._w 进一步_d ,_w 可以_v 利用_v AI_nx 与_p 频谱_n 共享_vn 技术_n 结合_v ,_w 以_c 实现_v 智能_n 的_u 动态_n 频谱_n 共享_vn 使用_vn 和_c 智能_n 的_u 高效_b 频谱_n 监管_vn [_w 61∼66_m ]_w ._w</s>
<s>图_n 4_m (_w 网络_n 版_n 彩_b 图_n )_w 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n 双_b 工_b 方式_n 演进_vn 路线_n</s>
<s>Figure_nx 4_m (_w Color_nx online_n )_w Duplex_nx evolution_n route_nx of_e wireless mobile_nx communication_nx system_nx</s>
<s>3.2.4.2_m 全_a 自由度_n 双工_nz –_w 全_a 双工_nz (_w Free_a duplex_nx -_w full_nx duplex_nx )_w</s>
<s>如_v 上文_b 所_u 述_Vg ,_w 由于_c 业务_n 的_u 数据_n 包_v 到达_v 服从_v 泊_n 松_n (_w Poisson_nx )_w 分布_v ,_w 实际_a 网络_n 中_f 收发_vn 链_n 路_n (_w 在_p 蜂窝_n 网络_n 中_f 一般_ad 指_v 上下_f 行_v 链_n 路_n )_w 资源_n 利用率_n 动态_n 波动_vn ,_w 极_d 不_d 均衡_a ._w 增强_v 现有_v 的_u 双_m 工_n 技术_n 是_v 为了_p 实现_v 收发_vn 链_n 路_n 间_f 灵活_a 的_u 频谱_n 分配_vn (_w 或_c 称为_v 收发_vn 链_n 路_n 间_f 灵活_a 的_u 频谱_n 共享_vn )_w ,_w 从而_c 从_p 双_m 工_b 维度_n 提升_v 频谱_n 资源_n 利用率_n ._w</s>
<s>目前_t ,_w 相对_v 传统_n 的_u 移动_vn 通信_vn 系统_n ,_w 5G_n 系统_n 基于_p 灵活_a 空口_n 概念_n 设计_v ,_w 而_c 双_m 工_b 方式_n 则_c 采用_v 动态_n TDD_nx 架构_n ,_w 其中_r FDD_nx 模式_n 仅仅_d 是_v 一_m 种_q 配置_v 的_u 特例_n ._w 另外_c ,_w 5G_n 及_c 后续_vn B5G_nx /_w 6G_nx 主要_d 可_v 用_v 频谱_n 分布_v 在_p 2_m GHz_q 以上_f 的_u 频段_n ,_w 这些_r 频谱_n 绝大部分_n 为_v TDD_nx 频谱_n ._w 解决_v 上_f 下行_j (_w down_nx link_nx /_w up_nx link_n ,_w DL_nx /_w UL_nx )_w 交叉_vn 链_n 路_n 干扰_vn 的_u CLI_nx -_w RIM_nx WID_nx (_w cross_nx link_nx interference_nx -_w remote_n interference_nx management_n work_a item_nx description_nx )_w 标准_n 项目_n 将_d 于_p 2019_t 年_q 完成_v ,_w 并_c 将_d 包含_v 在_p 5G_n NR_nx Rel_nx -_w 16_m 标准_a 版本_n [_w 67_m ]_w ._w 此_r 标准_n 项目_n 将_d 会_v 引入_v 两_m 类_q 干扰_vn 抑制_vn :_w 解决_v 相邻_vn 基_n 站_n 交叉_vn 链_n 路_n 干扰_vn 问题_n 的_u 机制_n ,_w 解决_v 远_b 端_Ng 基_n 站_n 间_f 交叉_vn 链_n 路_n 干扰_vn (_w 大气_n 波_vn 导_vn 现象_n 引起_v 的_u 交叉_vn 链_n 路_n 干扰_vn )_w 问题_n 的_u 机制_n ._w 一旦_d 这_r 两_m 类_q 干扰_vn 被_p 很_d 好_a 地_u 解决_v ,_w 5G_n 将_d 真正_d 能够_v 很_d 好_a 地_u 支持_v 灵活_a 双_m 工_b (_w flexible_nx duplex_nx )_w 特性_n 的_u 商业_n 部署_vn ,_w 从而_c 逐渐_d 摆脱_v 固定_a 双_m 工_b 模式_n (_w fixed_nx duplex_nx ,_w FDD_nx /_w TDD_nx )_w 的_u 资源_n 利用_vn 限制_vn ._w 5G_n 初期_f 的_u 技术_n 讨论_vn 虽_c 涉及_v 全_a 双_m 工_b 技术_n ,_w 但_c 由于_c 其_r 理论_n 和_c 技术_n 研究_vn 尚_d 不_d 成熟_a ,_w 已_d 没有_v 机会_n 在_p 5G_n 中_f 采用_v ._w</s>
<s>随着_p 未来_t 10_m 年_q 双_m 工_n 技术_n 的_u 进步_vn 和_c 工艺_n 的_u 成熟_an ,_w 预期_v 6G_m 时代_n 的_u 双_m 工_n 方式_n 将_d 有望_v 实现_v 真正_b 全_a 自由度_n 双_m 工_n 模式_n (_w free_nx duplex_nx )_w ,_w 即_v 不_d 再_d 有_v FDD_nx /_w TDD_nx 区分_v ,_w 而_c 是_v 根据_p 收发_vn 链_n 路_n 间_f 业务_n 需求_n 完全_ad 灵活_a 自_d 适应_v 的_u 调度_vn 为_v 灵活_a 双_m 工_n 或_c 全_a 双_m 工_n (_w full_nx duplex_nx )_w 模式_n ,_w 彻底_ad 打破_v 双_m 工_n 机制_n 对_p 收发_vn 链_n 路_n 之间_f 频谱_n 资源_n 利用_vn 的_u 限制_vn ._w 全_a 自由度_n 双_m 工_n 模式_n 通过_p 收发_vn 链_n 路_n (_w 或_c DL_nx 与_c UL_nx )_w 之间_f 全_a 自由度_n (_w 时_Ng 、_w 频_Ng 、_w 空_Ng )_w 灵活_a 的_u 频谱_n 资源_n 共享_vn 将_d 可以_v 实现_v 更加_d 高效_b 的_u 频谱_n 资源_n 利用_vn ,_w 达到_v 提升_v 吞吐量_n 及_c 降低_v 传输_vn 时_Ng 延_Vg 的_u 目的_n ._w 而_c 要_v 实现_v 全_a 自由度_n 双_m 工_n 模式_n ,_w 最_d 关键_a 的_u 技术_n 挑战_vn 是_v 需要_v 突破_v 全_a 双_m 工_n 技术_n ._w 图_n 4_m 描绘_v 了_u 无线_b 移动_vn 通信_vn 系统_n 双_m 工_n 方式_n 的_u 演进_vn 路线_n ._w</s>
<s>全_a 双_nz 工_n 可以_v 最_d 大_a 限度_n 地_u 提升_v 网络_n 和_c 接入_vn 设备_n 收发_vn 设计_vn 的_u 自由度_n ,_w 能够_v 消除_v FDD_nx 和_c TDD_nx 资源_n 使用_vn 限制_vn ,_w 从而_c 提升_v 频谱_n 效率_n 和_c 降低_v 传输_vn 时延_n ,_w 可_v 作为_v 未来_t 无线_b 通信_vn 系统_n 频谱_n 提升_vn 的_u 关键_a 候选_b 使_vn 能_Ng 技术_n</s>
<s>·_w 提升_v 频谱_n 效率_n :_w 基于_p 自_d 干扰_v 抑制_vn 技术_n 的_u 同时_n 同_v 频_Ng 全_a 双_m 工_n 技术_n 可_v 消除_v FDD_nx 和_c TDD_nx 资源_n 使用_vn 限制_vn 从_p 理论_n 极限_n 上_f 可_v 提升_v 一_m 倍_q 的_u 频谱_n 效率_n ._w</s>
<s>·_w 降低_v 传输_vn 时_n 延_n :_w 未来_t 的_u 载波_vn 属性_n 应该_v 是_v 以_p TDD_nx 载波_vn 为主_v ._w DL_nx /_w UL_nx 采用_v TDD_nx 方式_n 传输_v ,_w 即使_c 可以_v 动态_n 灵活_ad 上_f 下行_v ,_w 甚至_c 灵活_a 时_n 隙_Ng 结构_n ,_w 依然_d 会_v 存在_v 上_f 下行_v TDD_nx 带来_v 的_u 时_n 延_n 、_w 切换_v 操作_v 等_u 问题_n ._w 全_a 双_m 工_n 或者_c 部分_m 全_a 双_m 工_n ,_w 可以_v 克服_v 不_d 能够_v 同时_d 传输_v 带来_v 的_u 时_n 延_n 问题_n ,_w 同时_c 对_p DL_nx /_w UL_nx 资源_n 调度_vn 提供_v 更_d 多_a 的_u 自由度_n 、_w 更_d 大_a 的_u 灵活性_n ._w</s>
<s>同时_c 同_v 频_Ng 全_a 双_nz 工_j 涉及_v 的_u 通信_vn 理论_n 与_c 工程_n 技术_n 研究_vn 已_d 进行_v 多_a 年_q ,_w 形成_v 了_u 空域_n 、_w 射频_vn 域_Ng 、_w 数字_n 域_n 联合_v 的_u 自_r 干扰_v 抑制_vn 技术_n 路线_n ._w 近_a 些_t 年_q 很多_m 研究_vn 机构_n 已经_d 成功_ad 设计_v 出_v 全_a 双_nz 工_n 收发机_n [_w 68_m ,_w 69_m ]_w ,_w 并_c 达到_v 了_u 110_m dB_q 自_r 干扰_vn 抑制_vn 能力_n [_w 68_m ]_w ._w 全_a 双_m 工_n 通信_vn 的_u 应用_vn 领域_n 十分_m 广泛_a ,_w 包括_v 认知_vn 无线电_n 系统_n [_w 70_m ]_w 、_w 中继_vn 网络_n [_w 71_m ,_w 72_m ]_w 、_w 双向_b 通信_vn 系统_n [_w 73_m ]_w 、_w 终端_n 与_c 终端_n 通信_vn 系统_n (_w device_nx to_nx device_nx ,_w D2D_nx )_w [_w 74_m ]_w 、_w 蜂窝_n 网_n [_w 75∼77_m ]_w 等_u ._w 其中_r ,_w 在_p 蜂窝_n 网_n 尤其_d 是_v 覆盖_vn 范围_n 小_a 、_w 发射_vn 功率_n 低_a 的_u 密集_a 蜂窝_n 网_n 场景_n 的_u 应用_vn 得到_v 了_u 越来越_d 多_a 的_u 关注_vn ._w</s>
<s>基于_p 自_p 干扰_v 受限_v 的_u 技术_n 特征_n 可知_v ,_w 全_a 双_m 工_n 技术_n 主要_d 适合于_v 如下_v 几_m 类_q 典型_a 应用_vn 场景_n :_w (_w 1_m )_w 低_a 发射_vn 功率_n 场景_n ,_w 包括_v 短_a 距离_n 无线_b 链_n 路_n (_w 例如_v D2D_nx (_w device_nx to_nx device_nx )_w ,_w V2X_nx (_w vehicle_nx to_nx everything_nx )_w )_w 和_c 小_a 覆盖_vn 发射_vn 低_a 功率_n 的_u 微小_a 区_n (_w small_nx cell_nx )_w ._w</s><s>(_w 2_m )_w 收发_vn 设备_n 复杂度_n 与_c 成本_n 不_d 受限_v 的_u 场景_n ,_w 例如_v 无线_b 中继_vn (_w wireless_nx relay_nx )_w 和_c 无线_b 回_vn 传_vn (_w wireless_nx backhaul_nx )_w ;_w (_w 3_m )_w 窄_a 波束_n 且_c 空间_n 自由度_n 较_d 多_a 的_u 场景_n ,_w 包括_v 采用_v Massive_nx MIMO_nx 的_u 6_m GHz_q 以下_f 频段_n 及_c 高频_b 毫米_q 波_n /_w 太_ns 赫兹_nz 频段_n 的_u 通信_vn 场景_n ._w</s>
<s>全_a 双_m 工_j 技术_n 的_u 实用_vn 化_vn 进程_n 中_f ,_w 尚_d 需_v 解决_v 的_u 问题_n 和_c 技术_n 挑战_vn 包括_v :_w 大_a 功率_n 动态_n 自_d 干扰_v 信号_n 的_u 抑制_vn ,_w 多_a 天线_n 射频_n 域_n 自_d 干扰_v 抑制_vn 电路_n 的_u 小型化_vn ,_w 全_a 双_m 工_j 体制_n 下_f 的_u 网络_n 新_a 架构_n 与_c 干扰_vn 消除_vn 机制_n ,_w 与_p FDD_nx /_w TDD_nx 半_m 双_m 工_j 体制_n 的_u 共存_vn 和_c 演进_vn 策略_n ._w 另外_c ,_w 从_p 工程_n 部署_vn 角度_n ,_w 充分_ad 研究_v 全_a 双_m 工_j 的_u 组_vn 网_n 技术_n 是_v 更_d 重要_a 的_u 方向_n ._w</s>
<s>3.2.5_m 基于_p AI_nx 的_u 无线_b 通信_vn 技术_n (_w AI-based_nx wireless_nx communication_nx )_w</s>
<s>近年_l 来_f ,_w 随着_p 大数据_n 时代_n 的_u 来临_vn 以及_c 多_a 种_q 软_j 硬件_j 计算_vn 资源_n 的_u 增长_vn ,_w 人工_b 智能_n 特别是_d 深度_n 学习_vn ,_w 已经_d 成为_v 一_m 个_q 具有_v 众多_m 实际_a 应用_vn 和_c 活跃_a 研究_vn 课题_n 的_u 领域_n ._w 借助_v 深度_n 学习_vn ,_w 通过_p 对_p 数据_n 进行_v 深入_a 归纳_vn 、_w 分析_vn ,_w 从而_c 获取_v 新_a 的_u 、_w 规律性_n 的_u 信息_n 和_c 知识_n ,_w 并_c 利用_v 这些_r 知识_n 建立_v 用于_v 支持_v 决策_v 的_u 模型_n ,_w 进行_v 风险_n 分析_vn 或_c 预测_vn ._w 深度_n 学习_vn 的_u 出现_vn ,_w 促进_v 了_u 许多_m 领域_n 快速_d 发展_v ,_w 例如_v 语音_n 认知_vn 、_w 计算机_n 视觉_n 、_w 机器_n 翻译_vn 和_c 生物_n 信息_n 等_u ._w 而_c 学术界_n 和_c 工业界_n 也_d 在_d 不断_d 思考_v 如何_r 将_p AI_nx 融入_v 到_v 无线_b 通信_vn 系统_n 中_f ,_w 实现_v 无线_b 通信_vn 系统_n 效能_n 的_u 大幅_d 提升_v [_w 12_m ,_w 78_m ]_w ._w 已_d 有_v 研究_vn 集中_v 于_p 应用_vn 层_n 和_c 网络_n 层_n ,_w 主要_b 思想_n 是_v 将_p AI_nx 特别_d 是_v 深度_n 学习_vn 的_u 思想_n 引入_v 到_v 无线_b 资源_n 管理_vn 和_c 分配_vn 领域_n ._w 不过_c ,_w 该_r 方向_n 的_u 研究_vn 正_d 向_p MAC_nx 层_n 和_c 物理_n 层_n 推进_v ,_w 特别_d 在_p 物理_n 层_n 出现_v 无线_b 传输_vn 与_p 深度_n 学习_vn 相_d 结合_v 的_u 趋势_n ._w 尽管_c 无线_b 大数据_n 为_p AI_nx 与_p 无线_b 通信_vn 结合_v 提供_v 了_u 可能_n ,_w 但_c 各_r 项_q 研究_vn 目前_t 尚_d 处于_v 初步_b 探索_vn 阶段_n ,_w 智能_n 通信_vn 系统_n 的_u 发展_vn 还_d 需要_v 一_m 个_q 长期_b 的_u 过程_n ,_w 机遇_n 与_c 挑战_vn 共存_v [_w 79_m ]_w ._w</s>
<s>AI_nx 在_p 无线_b 通信_vn 网络_n 的_u 应用_vn 层_n 和_c 网络_n 层_n 主要_d 有_v 两_m 方面_n 的_u 应用_vn ._w 首先_c ,_w 它们_r 可以_v 用于_v 预测_v 、_w 推理_v 和_c 大数据_n 分析_vn ._w 在_p 此_r 应用_vn 领域_n ,_w AI_nx 功能_n 与_p 无线_b 网络_n 从_p 其_r 用户_n 、_w 环境_n 和_c 网络_n 设备_n 生成_v 的_u 数据集_n 学习_v 的_u 能力_n 有关_v ._w 例如_v ,_w AI_nx 可以_v 用来_v 分析_v 和_c 预测_v 无线_b 用户_n 的_u 可用性_n 状态_n 和_c 内容_n 请求_n ,_w 从而_c 使_v 基_n 站_n 能够_v 提前_vd 确定_v 用户_n 的_u 关联_vn 内容_n 并_c 进行_v 缓_vn 存_vn ,_w 从而_c 减少_v 数据_n 流量_n 负载_n ._w 在_p 这里_r ,_w 与_p 用户_n 相关_v 的_u 行为_n 模式_n (_w 如_v 移动_vn 方式_n 和_c 内容_n 请求_n )_w 将_d 显著_ad 影响_v 缓_v 存_v 哪些_r 内容_n 、_w 网络_n 中_f 的_u 哪个_r 节点_n 以及_c 在_p 什么_r 时间_n 缓存_v 哪些_r 内容_n ._w 其次_c ,_w AI_nx 在_p 无线_b 网络_n 中_f 的_u 另_r 一_m 个_q 关键_a 应用_vn 是_v 通过_p 在_p 网络_n 边缘_n 及其_c 各_r 网元_n 实体_n (_w 如_v 基站_n 和_c 终端_n 用户_n 设备_n )_w 上_f 内_f 嵌_v AI_nx 功能_n 来_v 实现_v 自_r 组织_v 网络_n 操作_vn ._w 这_r 种_q 边缘_b 智能_n 是_v 资源_n 管理_vn 、_w 用户_n 关联_vn 和_c 数据_n 卸载_vn 的_u 自_r 组织_v 解决_v 方案_n 的_u 关键_a 促成_vn 因素_n ._w 在_p 这_r 种_q 情况_n 下_f ,_w AI_nx 可以_v 学习_v 环境_n ,_w 并_c 随着_p 环境_n 的_u 变化_vn 采用_v 不同_a 的_u 解决_vn 方案_n ,_w 使得_v 设备_n 自主_vd 决策_v 成为_v 可能_n ,_w 从而_c 实现_v 网络_n 智能_vn 化_vn [_w 80_m ]_w ._w 当然_d ,_w AI_nx 可以_v 同时_d 用于_v 无线_b 通信_vn 网络_n 的_u 预测_vn 和_c 自_r 组织_v 操作_vn ,_w 因为_c 这_r 两_m 个_q 功能_n 在_p 很_d 大_a 程度_n 上_f 是_v 相互_d 依赖_v 的_u ._w</s>
<s>AI_nx 用于_v 物理_n 层_n 传输_vn 主要_d 呈现_v 出_v 两_m 种_q 类型_n 的_u 深度_n 学习_vn 网络_n ,_w 一_m 种_q 基于_p 数据_n 驱动_vn ,_w 另_r 一_m 种_q 基于_p 数据_n 模型_n 双_m 驱动_vn ._w 基于_p 数据_n 驱动_vn 的_u 深度_n 学习_vn 网络_n 将_p 无线_b 通信_vn 系统_n 的_u 多_a 个_q 功能_n 模块_n 看作_v 一_m 个_q 未知_v 的_u 黑_a 盒子_n ,_w 利用_v 深度_n 学习_vn 网络_n 取而代之_i ,_w 然后_c 依赖_v 大量_m 训练_vn 数据_n 完成_v 输入_v 到_v 输出_v 的_u 训练_vn ._w 基于_p 数据_n 模型_n 双_m 驱动_vn 的_u 深度_n 学习_vn 网络_n 在_p 无线_b 通信_vn 系统_n 原有_vn 技术_n 的_u 基础_n 上_f ,_w 不_d 改变_v 无线_b 通信_vn 系统_n 的_u 模型_n 结构_n ,_w 利用_v 深度_n 学习_vn 网络_n 代替_v 某个_r 模块_n 或者_c 训练_v 相关_vn 参数_n 以_c 提升_v 某个_r 模块_n 的_u 性能_n ._w AI_nx 用于_v 物理_n 层_n 传输_vn ,_w 意味_v 着_u 底层_n 基础_n 的_u 信号_n 处理_vn 与_c 通信_vn 机制_n 将_d 可能_v 突破_v 传统_n 经典_n 的_u 通信_vn 理论_n 框架_n ,_w 而_c 采用_v 基于_p AI_nx 驱动_v 的_u 信号_n 处理_vn 及_c 通信_vn 机制_n ._w 不过_c ,_w 上述_b 两_m 种_q 用于_v 物理_n 层_n 传输_vn 的_u 深度_n 学习_vn 网络_n 至少_d 面临_v 如下_v 3_m 方面_n 的_u 问题_n :_w</s>
<s>(_w 1_m )_w 基于_p 深度_n 学习_vn 的_u AI_nx 算法_n 主要_d 采用_v 大量_m 训练_vn 数据_n 离_v 线_n 方式_n 进行_v 参数_n 训练_vn 优化_vn ,_w 而且_c 由于_c 训练_vn 数据_n 获取_vn 的_u 限制_vn ,_w 一般_ad 为_v 特定_b 信道_n 条件_n 下_f 的_u 数据_n ._w 这_r 种_q 处理_vn 机制_n 产生_v 了_u 特定_b 信道_n 环境_n 训练_vn 数据_n 的_u 离_v 线_n 静态_n 训练_vn 与_p 无线_b 信道_n 的_u 多样性_n 及_c 动态_n 时_Ng 变性_n 的_u 矛盾_an ._w</s>
<s>(_w 2_m )_w 当前_t 深度_n 学习_v 处理_v 的_u 为_v 实数_n 信号_n ,_w 而_c 无线_b 通信_vn 物理_n 层_n 传输_v 的_u 为_v 复数_n 信号_n ._w 如何_r 构建_v 复数_n 域_n 的_u 信号_n 检测_vn 神经_n 网络_n 以_c 更_d 契合_v 无线_b 通信_vn 信号_n 特点_n 需要_v 进一步_d 研究_v ._w</s>
<s>(_w 3_m )_w AI_nx 用于_v 物理_n 层_n 传输_v 的_u 训练_vn 样本_n 主要_d 采用_v 数学_n 仿真_vn 生成_v ,_w 仿真_vn 数据_n 可能_v 忽略_v 了_u 部分_m 实际_a 通信_vn 环境_n 带来_v 的_u 影响_vn ._w 为了_p 更_d 好_a 反应_v 实际_a 网络_n 环境_n ,_w 需要_v 利用_v 更_d 完备_a 的_u 、_w 实际_ad 采集_v 的_u 数据_n 进行_v 相应_vn 网络_n 的_u 训练_vn 和_c 测试_vn ._w 不过_c ,_w 如何_r 有效_ad 获取_v 足够_v 的_u 实际_a 可信_vn 的_u 训练_vn 数据_n 是_v 必须_d 要_v 解决_v 的_u 问题_n ._w 例如_v ,_w 实际_a 采样_vn 数据_n 复杂_a 多样_m ,_w 且_c 存在_v 大量_m 虚_d 警_Vg 、_w 错_vd 检_v 数据_n ,_w 如何_r 有效_ad 进行_v 数据_n 清理_vn 及_c 合理_a 分类_vn 将_d 是_v 巨大_a 挑战_vn ._w</s>
<s>为_p 实现_v 6G_m 时代_n “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 的_u 愿景_n ,_w 6G_m 网络_n 将_d 呈现_v 为_v 基于_p “_w 分布式_b 智能_n 无线_b 计算_vn ”_w (_w distributed_nx intelligent_nx wireless_nx computing_nx [_w 7_m ]_w )_w 网络_n 架构_n 以及_c 基于_p AI_nx 的_u 底层_n 通信_vn 机制_n ._w 也_d 即_v ,_w 在_p 6G_m 时代_n ,_w AI_nx 将_d 会_v 被_p 充分_a 地_u 集成_v 到_v 智能_n 的_u 6G_m 网络_n 系统_n 中_f ._w</s>
<s>·_w AI_nx 将_d 在_p 未来_t 网络_n 端_Ng 到_p 端_Ng 的_u 方方面面_n 占据_v 主导_n 地位_n ,_w 包括_v 智能_n 核心网_n 和_c 智能_n 边缘_b 网络_n ,_w 智能_n 手机_n 和_c 智能_n 物联网_l (_w 超级_b 物联网_n )_w 终端_n ,_w 以及_c 智能_n 业务_n 应用_vn ;_w</s>
<s>·_w 自主_vd 进化_v 性能_n ,_w 如_v 可_a 用_a 性_n 、_w 可_v 修改_v 性_n 、_w 有效性_n 、_w 安全性_n 和_c 效率_n ;_w 自主_vd 进化_v 质量_n ,_w 如_v 可_v 测试_v 性_n 、_w 可_v 维护_v 性_n 、_w 可_v 重用_v 性_n 、_w 可_n 扩展_v 性_n 、_w 可_v 移植_v 性_n 和_c 弹性_n ;_w</s>
<s>·_w 底层_n 基础_n 的_u 信号_n 处理_vn 与_c 通信_vn 机制_n 将_d 可能_v 会_v 突破_v 传统_n 经典_n 的_u 通信_vn 理论_n 框架_n ,_w 全面_ad 采用_v AI_nx 驱动_v 的_u 机制_n ._w 例如_v ,_w 基于_p 深度_n 学习_vn 的_u 信道_n 编译_vn 码_n [_w 81_m ]_w 、_w 基于_p 深度_n 学习_vn 的_u 信号_n 估计_vn 与_c 检测_vn [_w 82_m ]_w 、_w 基于_p 深度_n 学习_vn 的_u MIMO_nx 机制_n [_w 83∼85_m ]_w 、_w 基于_p AI_nx 的_u 资源_n 调度_vn [_w 86_m ,_w 87_m ]_w 与_c 分配_vn [_w 88_m ,_w 89_m ]_w 等_u ;_w</s>
<s>·_w 网络_n 基础_n 设施_n 具备_v 自_r 组织_v 自_r 优化_v 能力_n ,_w 就_d 像_v 一_m 个_q 独立_a 的_u 自治_vn 系统_n ._w</s>
<s>随着_p ICT_nx 产业_n 链_n 架构_n 融合_vn 的_u 逐步_d 深入_v 、_w 网络_n 云_v 化_v 重构_v 转型_v 的_u 加快_vn ,_w 以及_c 更_d 多_a 新_a 制式_n 和_c 技术_n 的_u 演进_vn ,_w 电信_n 运营商_n 在_p 网络_n 运营_vn 方面_n 将_d 面临_v 越来越_d 大_a 的_u 压力_n 和_c 挑战_vn ,_w 智能化_vn 网络_n 是_v 未来_t 网络_n 发展_vn 趋势_n ,_w 网络_n 运营_vn 和_c 运维_vn 模式_n 将_d 发生_v 根本性_n 变革_vn ._w 网络_n 将_d 由_p 当前_t 以_p 人_n 驱动_v 为主_v 的_u 人_n 治_v 模式_n ,_w 逐步_d 向_p 网络_n 自我_r 驱动_v 为主_v 的_u 自治_vn 模式_n 转变_v ._w 未来_t ,_w 智能化_vn 网络_n 将_d 通过_p 网络_n 数据_n 、_w 业务_n 数据_n 、_w 用户_n 数据_n 等_u 多维_m 数据_n 感知_vn ,_w 实现_v 高度_d 自治_v [_w 90_m ]_w ._w</s>
<s>3.3_m 专有_b 技术_n 特性_n (_w Special_nx technical_nx features_nx )_w</s>
<s>为_p 实现_v 上述_b 6G_m 网络_n 的_u 愿景_n 与_c 挑战_vn ,_w 至少_d 有_v 两_m 种_q 潜在_b 的_u 关键_a 专有_b 技术_n 特性_n 需要_v 被_p 特别_d 考虑_v ,_w 包括_v 空_j 天_j 地_j 海_j 一体化_vn 通信_vn 和_c 无线_b 触觉_vn 网络_n ._w 如_v 前文_n 所_u 述_Vg ,_w 这些_r 专有_b 技术_n 特性_n 则_d 由_p 多_a 个_q 关键_a 的_u 基础性_n 技术_n 点_n 有机_d 组成_v ,_w 用于_v 满足_v 未来_t 6G_m 典型_a 场景_n 的_u 需求_n ,_w 而_c 这些_r 专有_b 技术_n 特性_n 组合_n 构建_v 为_v 有机_b 的_u 6G_m 系统_n ._w 本_r 小_a 节_n 将_d 对_p 这_r 两_m 种_q 典型_a 的_u 专有_b 技术_n 特性_n 进行_v 较为_d 详细_a 的_u 分析_vn 讨论_vn ._w</s>
<s>3.3.2_m 无线_b 触觉_n 网络_n (_w Wireless_nx tactile_nx network_n )_w</s>
<s>当前_t 5G_n 网络_n 所_u 涉及_v 的_u IoT_nx 网络_n 主要_d 是_v 强调_v 对_p 万物_n 的_u 感知_vn 与_c 连接_vn ,_w 而_c 未来_t 6G_m 网络_n 连接_v 的_u 对象_n 将_d 是_v 普遍_ad 具备_v 智能_n 的_u 对象_n ,_w 其_r 连接_vn 通信_vn 关系_n 不仅_c 是_v 感知_v ,_w 还_d 包括_v 实时_n 的_u 控制_vn 与_c 响应_vn ,_w 即_v 所谓_v “_w 触觉_n 互联网_n ”_w [_w 93_m ]_w ._w “_w 触觉_n 互联网_n ”_w 指_v 能够_v 实时_n 传送_v 控制_v 、_w 触摸_v 和_c 感应_vn /_w 驱动_vn 信息_n 的_u 通信_vn 网络_n ._w IEEEP1918.1_nx 标准_n 工作组_n 将_p 触觉_n 互联网_n 定义_v 为_v 一_m 个_q 网络_n 或_c 一_m 个_q 网络_n 的_u 网络_n ,_w 用于_v 远程_b 访问_vn 、_w 感知_v 、_w 操作_v 或_c 控制_v 感知_v 实时_n 的_u 真实_a 和_c 虚拟_vn 对象_n 或_c 过程_n [_w 94_m ]_w ._w 传统_n 的_u 互联网_n 仅_d 用于_v 信息_n 内容_n 的_u 交互_vn ,_w 而_c 触觉_n 互联网_n 将_d 不仅_c 负责_v 远程_b 传递_v 信息_n 内容_n ,_w 同时_c 还_d 包含_v 与_p 传递_v 信息_n 内容_n 对应_v 的_u 远程_b 控制_vn 与_c 响应_vn 行为_n ._w 它_r 将_d 提供_v 从_p 内容_n 传递_v 到_v 远程_b 技能_n 集合_vd 传递_vn 的_u 真正_b 范式_n 转换_vn ,_w 从而_c 将_d 可能_v 革命性_n 地_u 改变_v 社会_n 的_u 每_r 个_q 部分_n [_w 94_m ∼_w 98_m ]_w ._w 触觉_n 互联网_n 的_u 3_m 个_q 关键_a 要素_n 是_v :_w 物理_n 实时_t 交互_vn (_w 人_n 和_c 机器_n 以_p 感知_v 的_u 实时_n 方式_n 访问_vn 、_w 操作_vn 和_c 控制_vn 对象_n )_w 、_w 用于_v 远程_b 控制_vn 的_u 超_v 实时_n 响应_vn 基础_n 设施_n 、_w 将_p 控制_v 和_c 通信_v 融入_v 一_m 个_q 网络_n 的_u 应用_vn 程序_n ._w</s>
<s>可以_v 设想_v 未来_t 的_u 物联_j 世界_n :_w 大量_m 的_u 物联_j 设备_n 充满_v 我们_r 的_u 环境_n ,_w 执行_v 各_r 种_q 传感_b 任务_n ;_w 这些_r 设备_n 可以_v 随机_d 部署_v ,_w 以_p 某_r 种_q 有_v 组织_vn 的_u 方式_n 部署_v (_w 例如_v 路边_s 感应_n )_w ,_w 也_d 可以_v 作为_v 普通_a 智能_n 手机_n 平台_n 的_u 一_m 部分_n ;_w 然后_c 这些_r 设备_n 都_d 连接_v 在_p 一起_s ,_w 通过_p 各_r 种_q 复杂_a 、_w 相互_d 不_d 兼容_v 的_u 通信_vn 协议_n 交换_v 数据_n ._w 这些_r 物联_j 设备_n /_w 节点_n 中_f ,_w 有些_r 仅_d 具有_v 简单_a 的_u 感知_vn 功能_n ,_w 有些_r 则_c 具有_v 复杂_a 的_u 智能_n 决策_vn 处理_vn 功能_n ,_w 还_d 有些_r 节点_n 负责_v 动作_n 响应_vn ._w 例如_v ,_w 仅_d 具有_v 感知_vn 功能_n 的_u 物联_j 设备_n 构成_v 所谓_v “_w 无线_b 云_n ”_w (_w wireless_nx cloud_nx )_w ,_w 在_p 未来_t 的_u 无线_b 网络_n 中_f ,_w 由_p 非常_d 廉价_a 和_c 低_a 能耗_n 的_u 无线_b 物联_j 感知_vn 节点_n 组成_v 的_u 密集_a 集群_vn 协作_vn ,_w 为_p 其他_r 终端_n 提供_v 透明_a 的_u 通信_vn 服务_vn ._w 无线_b 节点_n 使用_v “_w 网络_n 感知_vn 物理_n 层_n ”_w (_w network_n -_w aware_nx physical_nx layer_n )_w 进行_v 操作_vn ,_w 该_r 层_q 处理_v 它们_r 接收_v 到_v 的_u 叠加_vn 信号_n 的_u 混合_vn ,_w 并_c 基于_p 压缩_v 感知_v 的_u 方式_n 从中_d 提取_v 相关_vn 信息_n 以_c 转发_v 到_v 目的地_n ._w 一些_m 主要_b 的_u 应用_vn 场景_n 可以_v 包括_v :_w 远程_b 机器人_n 控制_vn 、_w 远程_b 机器_n 操作_vn 、_w 沉浸_vn 式_k 虚拟_vn 现实_n 、_w 人际_n 触觉_n 通信_vn 、_w 实时_n 触觉_n 广播_vn 、_w 汽车_n 和_c 无人_n 机_n 控制_vn 等_u ._w 可以_v 预期_v ,_w 6G_m 时代_n 是_v 无所不在_i 的_u “_w 触觉_n 互联网_n ”_w ,_w 与_p 无所不在_i 的_u 感知_vn 对象_n 和_c /_w 或_c 智能_n 对象_n 进行_v 实时_n 传送_vn 控制_vn 、_w 触摸_vn 和_c 感应_n /_w 驱动_vn 信息_n 的_u 通信_vn ,_w 从而_c 实现_v “_w 一_m 念_v 天地_n ,_w 万物_n 随心_v ”_w ._w</s>
<s>实现_v 触觉_n 互联网_n 的_u 关键_a 技术_n 挑战_vn 之一_r 是_v 将_p 通信_vn 、_w 控制_vn 和_c 计算_vn 系统_n 组合_v 成_v 一_m 个_q 共享_v 的_u 基础_n 设施_n ._w 通过_p 将_p 移动_vn 通信_vn 系统_n 作为_v 底层_n 无线_b 网络_n ,_w 连同_p 其_r 软件_v 化_v 和_c 虚拟_v 化_v 的_u 逻辑_n 网_n 元_Ng 实体_n ,_w 集成_v 为_v 一_m 个_q (_w 双向_b )_w 实时_n 控制_vn 环路_n ,_w 以_c 使_v 预期_v 的_u 实时_n 控制_vn 与_p 网络_n 边缘_b 高效_b 计算_vn 能力_n 相_d 结合_v [_w 99_m ]_w ._w 根据_p ITU_nx -_w T_nx 关于_p 触觉_n 互联网_n 的_u 技术_n 观察_vn 报告_n [_w 100_m ]_w ,_w 我们_r 有_v 必要_an 进一步_d 扩展_v 无线_b 触觉_n 网络_n 领域_n 的_u 研究_vn ,_w 包括_v 引入_v 全新_b 的_u 想法_n 和_c 概念_n ,_w 提高_v 接入_vn 网络_n 内在_b 的_u 余_n 度_q 和_c 分_vn 集_vn ,_w 以_c 满足_v 触觉_n 互联网_n 应用_vn 的_u 严格_a 延迟_vn 和_c 可靠性_n 要求_n ._w 触觉_n 互联网_n 仍_d 处于_v 起步_vn 阶段_n ._w 为了_p 实现_v 其_r 愿景_n ,_w 需要_v 解决_v 一些_m 开放_a 的_u 研究_vn 挑战_vn ._w 除了_p 波形_n 选择_vn 和_c 鲁棒_n 调制_vn 方案_n 等_u 物理_n 层_n 问题_n 外_f ,_w 智能_n 控制_vn 面_n 与_p 用户_n 平面_n 分离_v /_w 协调_v 技术_n 对于_p 减少_v 信令_n 开销_vn 和_c 空中_s 接口_n 时_Ng 延_Vg 至关_l 重要_l ._w 为_p 端_Ng 到_p 端_Ng 降低_v 时_Ng 延_Vg ,_w 有_v 必要_an 深入_ad 研究_v 高度_d 自_d 适应_v 网络_n 编码_vn 技术_n 和_c 可_v 扩展_v 路由_n 算法_n ._w 另外_c ,_w 对于_p 触觉_n 互联网_n 应用_vn 来说_u ,_w 安全性_n 是_v 最_d 关键_a 的_u 需求_n 之一_r ,_w 必须_d 要_v 提供_v 有效_a 的_u 保障_vn 机制_n 以_c 增强_v 对_p 恶意_b 行为_n 的_u 防护_vn ._w 为_p 确保_v 规避_v 未来_t 可能_v 的_u 风险_n ,_w 无线_b 触觉_n 网络_n 的_u 首要_b 设计_vn 准则_n 应该_v 是_v 通过_p 授权_v 辅助_v 人类_n ,_w 而_c 不_d 是_v 自主_v 地_u 替代_v 人类_n 生产_v 新_a 的_u 商品_n 和_c 提供_v 服务_vn [_w 101_m ]_w ._w</s>
<s>另外_c ,_w 未来_t 6G_m 时代_n 无所不在_i 密集_ad 分布_v 的_u 传感_n 器件_n 将_d 会_v 产生_v 海量_n 的_u 感知_vn 信息_n ,_w 从而_c 对_p 无线_b 网络_n 容量_n 带来_v 巨大_a 的_u 挑战_vn ._w 另外_c ,_w 传感_n 器件_n 进行_v 海量_n 信息_n 采样_vn 处理_vn 能力_n 、_w 成本_n 与_c 能耗_n 压力_n 也_d 是_v 巨大_a 挑战_vn [_w 102_m ]_w ._w 为_p 克服_v 这些_r 海量_n 信息_n 处理_vn 需求_n 的_u 挑战_vn ,_w 采用_v 压缩_vn 感知_vn 机制_n 是_v 一_m 个_q 很_d 好_a 的_u 选择_vn ,_w 无线_b 触觉_n 网络_n 也_d 是_v 压缩_vn 感知_vn 机制_n 使用_v 的_u 最_d 典型_a 场景_n 之一_r [_w 103∼105_m ]_w ._w 无线_b 传感器_n 网络_n 最_d 直接_a 的_u 目标_n 就_d 是_v 收集_v 数据_n ._w 由于_c 传感器_n 节点_n 采集_vn 的_u 数据_n 有_v 时空_n 相关性_n ,_w 满足_v 压缩_vn 感知_vn 理论_n 应用_vn 中_f 信号_n 是_v 稀疏_a 性_n 和_c 可_v 压缩_v 性_n 的_u 条件_n ,_w 且_c 传感器_n 节点_n 资源_n 有限_a ,_w 汇聚_vn 节点_n 性能_n 强大_a ,_w 适用_v 于_p 压缩_vn 感知_vn 理论_n 编码_v 简单_a 、_w 解码_v 复杂_a 的_u 特点_n ,_w 因此_c ,_w 基于_p 压缩_v 感知_vn 的_u 无线_b 传感_n 网络_n (_w wireless_nr sensor_n network_n ,_w WSN_nx )_w 数据_n 收集_vn 的_u 技术_n 有_v 了_u 逐步_d 深入_a 和_c 广泛_a 的_u 研究_vn 和_c 发展_vn ._w 基于_p 压缩_vn 感知_vn 机制_n 的_u WSN_j 有_v 机会_n 克服_v 传统_n 信号_n 采集_vn 的_u 问题_n ,_w 有效_ad 实现_v 无处不在_l 的_u 无线_b 触觉_n 网络_n 的_u 应用_vn 需求_n ._w 以_p 传感_n 网络_n 定位_vn 信息_n 为_v 例_n ,_w 在_p 无线_b 传感器_n 网络_n 中_f ,_w 需要_v 传感器_n 节点_n 的_u 位置_n 信息_n 来_v 执行_v 位置_n 感知_vn 、_w 资源_n 分配_vn 和_c 调度_vn ._w 位置_n 信息_n 也_d 是_v 基于_p 位置_n 的_u 服务_vn 的_u 重要_a 因素_n ._w 由于_p 位置_n 网格_n 中_f 存在_v 大量_m 的_u 元素_n ,_w 这_r 种_q 方法_n 会_v 产生_v 很_d 高_a 的_u 计算_vn 复杂_a 度_k ._w 由于_c 目标_n 节点_n 的_u 数目_n 远_ad 小于_v 网格_n 中_f 元素_n 的_u 数目_n ,_w 因此_c 目标_n 的_u 位置_n 信息_n 是_v 稀疏_a 的_u ,_w 因此_c 可以_v 使用_v CS_nx 技术_n 进行_v 有效_a 的_u 定位_vn [_w 106∼108_m ]_w ._w</s>
<s>3.3.1_m 空_Ng 天_nz 地_ns 海_ns 一体化_vn 通信_vn (_w Space-air-ground-sea_nx integrated_nx communication_nx )_w</s>
<s>空_j 天_n 地_j 海_j 一体化_vn 通信_vn 的_u 目标_n 是_v 扩展_v 通信_vn 覆盖_vn 广度_n 和_c 深度_n ,_w 也_d 即_v 在_p 传统_n 蜂窝_n 网络_n 的_u 基础_n 上_f 分别_d 与_p 卫星_n 通信_vn (_w 非_h 陆地_n 通信_vn )_w 和_c 深海_n 远洋_b 通信_vn (_w 水下_s 通信_vn )_w 深度_d 融合_v ._w 空_j 天_n 地_j 海_j 一体化_vn 网络_n 是_v 以_p 地面_n 网络_n 为_v 基础_n 、_w 以_p 空间_n 网络_n 为_v 延伸_vn ,_w 覆盖_v 太空_s 、_w 空中_s 、_w 陆地_n 、_w 海洋_n 等_u 自然_a 空间_n ,_w 为_p 天基_j (_w 卫星_n 通信_vn 网络_n )_w 、_w 空_j 基_j (_w 飞机_n 、_w 热_a 气球_n 、_w 无人_n 机_n 等_u 通信_vn 网络_n )_w 、_w 陆_j 基_j (_w 地面_n 蜂窝_n 网络_n )_w 、_w 海_j 基_Ng (_w 海洋_n 水下_s 无线_b 通信_vn +_w 近海_s 沿岸_f 无线_b 网络_n +_w 远洋_b 船只_n /_w 悬浮_vn 岛屿_n 等_u 构成_v 的_u 网络_n )_w 等_u 各_r 类_q 用户_n 的_u 活动_vn 提供_v 信息_n 保障_vn 的_u 基础_n 设施_n ._w 从_p 基本_a 的_u 构成_n 上_f ,_w 空_j 天_n 地_j 海_j 一体化_vn 通信_vn 系统_n 包括_v 两_m 个_q 子系统_n :_w 陆地_n 移动_vn 通信_vn 网络_n 与_p 卫星_n 通信_vn 网络_n 结合_v 的_u 天地_n 一体化_vn 子系统_n ,_w 陆地_n 移动_vn 通信_vn 网络_n 与_p 深海_n 远洋_b 通信_vn 网络_n 结合_v 的_u 深海_n 远洋_b (_w 水下_s 通信_vn )_w 通信_vn 子系统_n ._w 本_r 小节_n 将_d 分别_d 探讨_v 天地_n 一体化_vn 通信_vn 和_c 作为_v 深海_n 远洋_b 通信_vn 最_d 关键_a 构成_n 的_u 水下_s 无线_b 通信_vn ._w 其中_r ,_w 用于_v 满足_v 深海_n 远洋_b 通信_vn 场景_n 的_u 水下_s 无线_b 通信_vn 是否_v 能够_v 成为_v 未来_t 6G_m 网络_n 的_u 组成_l 部分_n 存在_v 争议_vn ,_w 本_r 文_Ng 仅_d 是_v 抛砖引玉_i ,_w 尝试_v 性_d 提_v 出来_v 作为_v 探讨_vn ._w</s>
<s>图_n 5_m (_w 网络_n 版_n 彩_b 图_n )_w 天地_n 一体化_vn 网络_n 架构_n</s>
<s>Figure_nx 5_m (_w Color_nx online_nx )_w Network_n architecture_nx for_v space_nx and_c ground_a integrated_nx communication_nx</s>
<s>3.3.1.1_m 天地_n 一体化_vn 通信_vn (_w Space_nx and_c ground_a integrated_nx communication_nx )_w</s>
<s>天地_n 一体化_vn 信息_n 网络_n 由_p 卫星_n 通信_vn 系统_n (_w 天基_n 骨干_n 网_n 、_w 天基_n 接入_vn 网_n 、_w 地基_n 节点_n 网_n )_w 与_p 地面_n 互联网_n 和_c 移动_vn 通信网_n 互_d 联_v 互_d 通_v ,_w 建成_v “_w 全球_n 覆盖_vn 、_w 随遇_n 接入_v 、_w 按_p 需_Ng 服务_v 、_w 安全_a 可信_a ”_w 的_u 天地_n 一体化_vn 信息_n 网络_n 体系_n ._w 图_n 5_m 提供_v 了_u 一_m 个_q 天地_n 一体化_vn 网络_n 架构_n 参考_vn 例子_n ._w</s>
<s>文献_n [_w 91_m ]_w 提供_v 了_u 一_m 种_q 典型_a 的_u 天地_n 一体化_vn 网络_n 架构_n ,_w 可以_v 作为_v 未来_t 6G_m 网络_n 天地_n 一体化_vn 通信_vn 网络_n 架构_n 研究_vn 的_u 参考_vn ._w 文_Ng 中_f 作者_n 认为_v 天基_n 骨干_n 网_n 由_p 布设_v 在_p 地球_n 同步_vn 轨道_n 的_u 若干_m 骨干_n 卫星_n 节点_n 联网_v 而_c 成_v ,_w 而_c 骨干_n 节点_n 需要_v 具备_v 宽带_n 接入_vn 、_w 数据_n 中继_vn 、_w 路_n 由_Ng 交换_vn 、_w 信息_n 存储_vn 、_w 处理_vn 融合_v 等_u 功能_n ,_w 有_v 单_b 颗_q 卫星_n 或_c 多_a 个_q 卫星_n 簇_n 构成_v ;_w 天基_n 接入_vn 网_n 由_p 布设_v 在_p 高_a 轨_Ng 或_c 低_a 轨_Ng 的_u 若干_m 接入_vn 点_n 组成_v ,_w 满足_v 陆_Ng 海_j 空_j 天_n 多_a 层次_n 海量_n 用户_n 的_u 网络_n 接入_vn 服务_vn 需求_n ,_w 形成_v 覆盖_v 全球_n 的_u 接入_vn 网络_n ;_w 同时_c ,_w 地基_n 节点_n 网_n 有_v 多_a 个_q 地面_n 互联_v 的_u 地基_n 骨干_n 节点_n 组成_v ,_w 主要_d 完成_v 网络_n 控制_vn 、_w 资源_n 管理_vn 、_w 协议_n 转换_vn 、_w 信息_n 处理_vn 、_w 融合_vn 共享_vn 等_u 功能_n ,_w 通过_p 地面_n 高速_b 骨干_n 网络_n 完成_v 组_v 网_n ,_w 并_c 实现_v 与_p 其他_r 地面_n 系统_n 的_u 互_vn 联_vn 互_d 通_v ._w</s>
<s>天地_n 一体化_vn 网络_n 特别_d 是_v 天基_n 网络_n 受到_v 空间_n 传播_vn 环境_n 与_c 网络_n 设置_vn 等_u 因素_n 的_u 影响_vn ,_w 与_p 陆地_n 移动_vn 通信_vn 网络_n 存在_v 显著_a 差别_n [_w 92_m ]_w :_w (_w 1_m )_w 空间_n 传输_vn 条件_n 受限_v ._w 空间_n 节点_n 由于_p 距离_n 遥远_a ,_w 信道_n 质量_n 差_a ,_w 链_n 路_n 通常_d 存在_v 较_d 大_a 的_u 传输_vn 时_n 延_n 、_w 较_d 高_a 的_u 中断_vn 概率_n 、_w 非_h 对称_a 等_u 特点_n ;_w (_w 2_m )_w 空间_n 节点_n 组网_vn 的_u 特殊性_n ._w 空间_n 节点_n 设置_vn 受_v 轨道_n 、_w 星座_n 等_u 的_u 制约_vn ,_w 节点_n 高度_n 动态_n 、_w 稀疏_ad 分布_v 、_w 拓扑_vn 结构_n 动态_n 变化_v 等_u ;_w (_w 3_m )_w 系统_n 组成_vn 与_c 管理_vn 上_f 的_u 特殊性_n ._w 有_v 大量_m 专用_vn 系统_n 组成_v 和_c 专_a 网_n 构成_v ,_w 各自_r 长期_d 发展_v 中_f 缺乏_v 统一_a 标准_n ,_w 网络_n 的_u 管理_vn 实体_n 应用_vn 需求_n 和_c 习惯_n 也_d 大相径庭_i ,_w 不同_a 管理_vn 域_Ng 异_b 构_Ng 网络_n 互联_v 互_d 通_v 困难_a ,_w 节点_n 资源_n 协同_v 难_a ._w 由于_c 天基_nz 网络_n 存在_v 上述_b 与_p 陆地_n 移动_vn 通信_vn 网络_n 的_u 显著_a 差别_n ,_w 大量_m 陆地_n 移动_vn 通信_vn 网络_n 中_f 的_u 成熟_a 技术_n 难以_d 直接_ad 用于_v 天基_nz 网络_n ._w 为_p 尽快_d 克服_v 这些_r 问题_n ,_w 需要_v 考虑_v 从_p 以下_f 几_m 方面_n 入手_v :_w 尽快_d 确定_v 网络_n 架构_n 、_w 确定_v 接口_n 标准_n 、_w 星间_n 链_n 路_n 方案_n 选择_vn 、_w 天基_n 信息_n 处理_vn 、_w 网络_n 协议_vn 体系_n 、_w 安全_an 机制_n 等_u ._w</s>
<s>未来_t 天地_n 一体化_vn 通信_vn 网络_n 五_m 大_a 典型_a 的_u 应用_vn 场景_n :_w (_w 1_m )_w 全_a 地形_n 覆盖_vn :_w 地面_n 基站_n 无法_v 覆盖_v 到_v 的_u 区域_n ,_w 如_v 海洋_n 、_w 湖泊_n 、_w 岛屿_n 、_w 山区_n 等_u ;_w 移动_vn 平台_n ,_w 如_v 飞机_n 、_w 远洋_b 船舶_n 、_w 高铁_n ._w</s><s>(_w 2_m )_w 应急_vn 通信_vn :_w 地震_n 、_w 海啸_n 等_u 灾害_n ._w</s><s>(_w 3_m )_w 广播_vn 业务_n :_w 低速_b 的_u 广播_vn 服务_vn ,_w 如_v 公共_b 安全_an 、_w 应急_vn 响应_vn 消息_n 等_u ;_w 广播_vn ,_w 点播_vn 多媒体_n 业务_n ._w</s><s>(_w 4_m )_w IoT_nx 服务_vn :_w 远洋_b 物资_n 跟踪_vn 、_w 偏远_a 设备_n 监控_vn 、_w 大_a 面积_n 物联_j 设备_n 信息_n 采集_vn ._w</s><s>(_w 5_m )_w 信_n 令_n 分流_vn :_w 通过_p 卫星_n 网络_n 传递_v 控制_v 面_n 的_u 信息_n ._w</s>
<s>基于_p 目前_t 的_u 发展_vn 状态_n ,_w 天地_n 一体化_vn 网络_n 还_d 需要_v 有_v 如下_v 几_m 方面_n 问题_n 需要_v 研究_v 解决_v :_w 传统_n 卫星_n 系统_n 与_p 移动_vn 通信_vn 网络_n 的_u 互_d 联_vn 互_d 通_v 问题_n 、_w 卫星_n 通信_vn 系统_n 本身_r 的_u 技术_n 突破_vn 问题_n 、_w 轨道_n 与_c 频谱_n 资源_n 分配_vn 管理_vn 问题_n 、_w 不同_a 卫星_n 系统_n 之间_f 的_u 互_d 联_vn 互_d 通_v 问题_n 等_u ._w</s>
<s>3.3.1.2_m 水下_s 无线_b 通信_vn (_w Undersea_nx communication_nx )_w</s>
<s>水下_s 无线_b 通信_vn 是_v 实现_v 深海_n 远洋_b 通信_vn 的_u 关键_a 技术_n 特性_n ,_w 可_v 分为_v 水下_s 无线_b 电磁波_n 通信_vn 和_c 水下_s 非_h 电磁波_n 通信_vn (_w 主要_d 包括_v 水声_n 通信_vn 和_c 水下_s 光_n 通信_vn )_w 两_m 种_q ,_w 它们_r 分别_d 具有_v 不同_a 的_u 特性_n 及_c 应用_vn 场合_n ._w</s>
<s>水下_s 无线_b 电磁波_n 通信_vn (_w Undersea_nx wireless_nx electromagnetic_nx communication_nx )_w ._w 电磁波_n 是_v 横波_n ,_w 在_p 有_v 电阻_n 的_u 导体_n 中_f 的_u 穿透_vn 深度_n 与其_c 频率_n 直接_ad 相关_v ._w 频率_n 越_d 高_a ,_w 衰减_v 越_d 大_a ,_w 穿透_vn 深度_n 越_d 小_a ._w 反之_c ,_w 频率_n 越_d 低_a ,_w 衰减_v 相对_d 越_d 小_a ,_w 穿透_vn 深度_n 越_d 大_a ._w 海水_n 是_v 良性_b 的_u 导体_n ,_w 趋_Vg 肤_Ng 效应_n 较_d 强_a ,_w 电磁波_n 在_p 海水_n 中_f 传输_v 时_Ng 会_v 造成_v 严重_a 的_u 影响_vn ,_w 原本_d 在_p 陆地_n 上_f 传输_v 良好_a 的_u 短波_n 、_w 中波_n 、_w 微波_n 等_u 无线_b 电磁波_n 在_p 水下_s 由于_p 衰减_v 的_u 厉害_an ,_w 几乎_d 无法_v 传播_v ._w 目前_t ,_w 各_r 国_n 发展_v 的_u 水下_s 无线_b 电磁波_n 通信_vn 主要_d 使用_v 甚_d 低频_b (_w very_r low_a frequency_nx ,_w VLF_nx )_w 、_w 超_v 低频_n (_w super_nx low_a frequency_nx ,_w SLF_nx )_w 和_c 极_d 低频_b (_w extremely_n low_a frequency_y ,_w ELF_nx )_w 3_m 个_q 低频_b 波段_n ._w 水下_s 无线_b 电磁波_n 通信_vn 主要_d 用于_v 远_a 距离_n 的_u 小_a 深度_n 的_u 水下_s 通信_vn 场景_n ._w</s>
<s>水声_n 通信_vn (_w Undersea_nx acoustic_n communication_nx )_w ._w 水声_n 通信_vn 是_v 其中_r 最_d 成熟_a 的_u 技术_n ._w 声波_n 是_v 水_n 中_f 信息_n 的_u 主要_b 载体_n ,_w 己_r 广泛_ad 应用_v 于_p 水下_s 通信_vn 、_w 传感_vn 、_w 探测_vn 、_w 导航_vn 、_w 定位_vn 等_u 领域_n ._w 声波_n 属于_v 机械_n 波_n (_w 纵_v 波_n )_w ,_w 在_p 水下_s 传输_v 的_u 信号_n 衰减_vn 小_a (_w 其_r 衰减_vn 率_k 为_v 电磁波_n 的_u 千_m 分之_m 一_m )_w ,_w 传输_vn 距离_n 远_a ,_w 使用_vn 范围_n 可_v 从_p 几_m 百_m 米_q 延伸_v 至_v 几_m 十_m 公里_q ,_w 适用_a 于_p 温度_n 稳定_a 的_u 深水_b 通信_vn ._w 水声_n 信道_n 一_m 个_q 十分_m 复杂_a 的_u 多_a 径_Ng 传输_vn 的_u 信道_n ,_w 而且_c 环境_n 噪声_n 高_a 带_n 宽窄_a 可_v 适用_v 的_u 载波_n 频率_n 低_a 以及_c 传输_v 的_u 时_Ng 延_v 大_a ._w 为了_p 克服_v 这些_r 不利_a 因素_n ,_w 并_c 尽可能_d 地_u 提高_v 带宽_n 利用_vn 效率_n ,_w 需要_v 进一步_d 研究_v 新_a 的_u 技术_n 方案_n ._w 例如_v ,_w 多_a 载波_n 调制_vn 技术_n ,_w 多_a 输入_vn 多_a 输出_vn 技术_n ._w</s>
<s>水下_s 无线_b 光_n 通信_vn (_w Undersea_nx optical_a wireless_a communication_a )_w ._w 水下_s 激光_n 通信_vn 技术_n 利用_v 激光_n 载波_n 传输_v 信息_n ._w 由于_c 波长_n 450∼530_m nm_q 的_u 蓝_a 绿_a 激光_n 在_p 水下_s 的_u 衰减_vn 较_p 其他_r 光_n 波段_n 小_a 得_u 多_a ,_w 因此_c 蓝_a 绿_a 激光_n 作为_p 窗口_s 波段_n 应用_v 于_p 水下_s 通信_vn ._w 蓝_a 绿_a 激光_n 通信_vn 的_u 优势_n 是_v 拥有_v 几_m 种_q 方式_n 中_f 最高_a 传输_vn 速率_n ._w 在_p 超_v 近_a 距离_n 下_f ,_w 其_r 速率_n 可_v 到达_v 100_m Mbps_q 级_n ._w 蓝_a 绿_a 激光_n 通信_vn 方向性_n 好_a ,_w 接收_vn 天线_n 较_d 小_a ._w 不过_c 目前_t 蓝_a 绿_a 激光_n 应用_v 于_p 浅水_n 近距离_n 通信_vn 依然_d 存在_v 如下_vn 难点_n ,_w 需要_v 进一步_d 研究_v 解决_v :_w (_w 1_m )_w 散射_vn 影响_vn ._w 水_n 中_f 悬浮_vn 颗粒_n 及_c 浮游_vn 生物_n 会_v 对_p 光_n 产生_v 明显_a 的_u 散射_vn 作用_n ,_w 对于_p 浑浊_a 的_u 浅水_n 近距离_d 传输_vn ,_w 水下_s 粒子_n 造成_v 的_u 散射_vn 比_p 空气_n 中_f 要_v 强_a 3_m 个_q 数量级_n ,_w 透过_vn 率_k 明显_ad 降低_v ._w</s><s>(_w 2_m )_w 光_a 信号_n 在_p 水_n 中_f 的_u 吸收_vn 效应_n 严重_a ._w 包括_v 水_n 媒_n 质_n 的_u 吸收_vn 、_w 溶解_vn 物_Ng 的_u 吸收_vn 及_c 悬浮_vn 物_Ng 的_u 吸收_vn 等_u ._w</s><s>(_w 3_m )_w 背景_n 辐射_vn 的_u 干扰_vn ._w 在_p 接收_v 信号_n 的_u 同时_n ,_w 来自_v 水面_n 外_f 的_u 强烈_a 自然光_n ,_w 以及_c 水下_s 生物_n 的_u 辐射_vn 光_n 也_d 会_v 对_p 接收_v 信_n 噪_n 比_n 形成_v 干扰_vn ._w</s><s>(_w 4_m )_w 高_a 精度_n 瞄准_v 与_c 实时_n 跟踪_v 困难_an ._w 浅水_n 区域_n 活动_vn 繁多_a ,_w 移动_v 的_u 收发_vn 通信_vn 单元_n ,_w 在_p 水下_s 保持_v 实时_n 对准_vn 十分_m 困难_a ._w 并且_c 由于_c 激光_n 只_d 能_v 进行_v 视距_n 通信_vn ,_w 两_m 个_q 通信_vn 点_n 间_f 随机_b 的_u 遮挡_vn 都_d 会_v 影响_v 通信_vn 性能_n ._w</s>
<s>4_m 结论_n</s>
<s>本_r 文_Ng 用_p 4_m 个_q 关键_a 词_n 概括_v 未来_t 6G_m 愿景_n :_w “_w 智慧_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 深度_n 连接_vn ”_w 、_w “_w 全息_n 连接_vn ”_w 和_c “_w 泛_a 在_b 连接_vn ”_w ,_w 而_c 这_r 4_m 个_q 关键_a 词_n 共同_d 构成_v “_w 一_m 念_v 天地_n ,_w 万物_n 随心_l ”_w 的_u 6G_m 总体_n 愿景_n ._w 分析_v 了_u 实现_v 6G_m 愿景_n 所_u 面临_v 的_u 技术_n 需求_n 与_c 挑战_vn ,_w 包括_v 峰_n 值_n 吞吐量_n 、_w 更_d 高_a 能效_n 、_w 随时随地_l 的_u 连接_vn 、_w 全新_b 理论_n 与_c 技术_n ,_w 以及_c 一些_m 非_h 技术性_n 因素_n 的_u 挑战_vn ._w 然后_c 分类_v 罗列_v 并_c 探讨_v 了_u 6G_m 潜在_b 关键_a 技术_n :_w (_w 1_m )_w 新_a 频谱_n 通信_vn 技术_n ,_w 包括_v 太赫兹_nz 通信_vn 和_c 可见_v 光_n 通信_vn (_w 2_m )_w 基础性_n 技术_n ,_w 包括_v 稀疏_a 理论_n (_w 压缩_v 感知_vn )_w 、_w 全新_b 信道_n 编码_vn 、_w 大_a 规模_n 天线_n 、_w 灵活_a 频谱_n 使用_vn ,_w 以及_c 基于_p AI_nx 的_u 无线_b 通信_vn 技术_n ;_w (_w 3_m )_w 专有_b 技术_n 特性_n ,_w 包括_v 空天_n 地_j 海_j 一体化_vn 通信_vn 和_c 无线_b 触觉_vn 网络_n ._w</s>
<s>6G_m 愿景_n 让_v 人_n 心潮澎湃_i ,_w 6G_m 关键_a 候选_b 技术_n 充满_v 挑战_v ._w 6G_m 网络_n 最终_d 将_d 提供_v 每_r 秒_q 太比特_n 速率_n ,_w 支撑_v 10_m 年_q 后_f (_w 2030年_t ∼_w )_w 平均_v 每_r 人_n 1000_m +_q 无线_b 节点_n 的_u 连接_vn ,_w 并_c 提供_v 随时随地_l 的_u 即时_d 全息_n 连接_vn 需求_n ._w 未来_t 将_d 是_v 一_m 个_q 完全_a 的_u 数据_n 驱动_vn 的_u 社会_n ,_w 人_n 与_c 万物_n 被_p 普遍_a 地_u 、_w 近乎_v 即时_d (_w 毫秒_q 级_n )_w 地_u 连接_v ,_w 构成_v 一_m 个_q 不可思议_i 的_u 完全_ad 连接_v 的_u 乌托邦_ns 世界_n ._w</s>
