6G 白皮書：無界有Al -紫光展銳 2023

1 3 3 3 5 9 9 10 12 13 14 15 16 17 21 22 22 23 24 25 27 27 29 31 32 34 35 37 37 41 431~20Gbps384Kbps~2Mbps~20Gbps384Kbps~2Mbps速率/業(yè)務(wù)類型5G4G2G移動支付在線游戲MIMO/OFDMA3GURLLCmMTCOFDMA模擬語音FDMA語音/文字?jǐn)?shù)字語音/文字FDMA/TDMA烽火、馬拉松、驛站等信息傳遞方式伴隨人類走過了幾千年的歷農(nóng)、Ring&Young的信道容量公式及蜂窩概念至今仍在指引移動通信系統(tǒng)的發(fā)展；JohnBardeen、WilliamShockley、Wa80s90s00s20s30s?80s90s00s20s32.1.6G趨勢4隨著虛擬現(xiàn)實(shí)及通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)動畫、全息和沉浸式XR6G信息網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)通過各種技術(shù)手段、資源按需提供服務(wù)能力5微波太赫茲紅外紫外X-射線可見光微波太赫茲紅外紫外X-射線可見光.智慧的6G技術(shù)升使得AI技術(shù)在近些年來呈現(xiàn)爆炸式的發(fā)展，并在語音識別、圖像AI的發(fā)展不僅在消費(fèi)電子領(lǐng)域給人類帶來豐富多彩的各種應(yīng)用，也在教育、交通、家術(shù)應(yīng)用提供更多可能，讓更多分散的低計(jì)算能力單元能夠高效實(shí)時(shí)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)萬物6/癌癥診斷、醫(yī)療影像智能識別等需要高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)傳輸；醫(yī)療機(jī)器人需要低時(shí)延高可互聯(lián)網(wǎng)積累的大量且有價(jià)值的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，需要低時(shí)延高可靠的傳輸通道。圖3為習(xí)慣，智能動態(tài)地實(shí)現(xiàn)終端資源的調(diào)用和休眠；接入網(wǎng)借助AI力才能實(shí)現(xiàn)安全內(nèi)生，降低網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)，保證業(yè)務(wù)安全。借助AI技術(shù)，7.有愛的6G世界人類社會對自身的治理方式各有理解，求同存異是當(dāng)前世86G可以促進(jìn)工業(yè)離散專網(wǎng)逐步向統(tǒng)一公網(wǎng)發(fā)展，可以實(shí)6G技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，基于傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)92.2.6G應(yīng)用場景維物體的所有視覺線索（顏色、強(qiáng)度、深度等并盡可能自然地呈現(xiàn)。理想的全息顯示應(yīng)該是基于裸眼實(shí)現(xiàn)的，在必要的時(shí)候，也可以借(1)傳輸速率：入門級的點(diǎn)云（Poin而正常人類大小的真正實(shí)時(shí)全息通信對傳輸速率的需求在Tbps量級[5]。(4)其他需求：安全、可靠性和計(jì)算能力在全息通信中也是需要重點(diǎn)態(tài)進(jìn)行精確感知，基于AI、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行判斷、預(yù)測和優(yōu)物理世界。在眾多的數(shù)字孿生應(yīng)用中，數(shù)字孿生體域網(wǎng)和數(shù)字孿生城市最具代表性。技術(shù)，整個(gè)城市映射到數(shù)字世界中，如包括物理世界中的水/電/燃?xì)獾荣Y源供給系統(tǒng)，學(xué)校據(jù)交換應(yīng)當(dāng)盡可能快，對于關(guān)鍵任務(wù)，可能需要低至ms同時(shí)，對于龐大的異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理，難以依靠人工進(jìn)行處理，此時(shí)A天天空地稀動物無人區(qū)監(jiān)控、海上浮標(biāo)信息收集、遠(yuǎn)洋集裝箱信息收集、無人區(qū)探險(xiǎn)/探測等場景提(1)衛(wèi)星側(cè)速率能力：在地面移動(2)智能化：是指終端具備AI的能力。一體化終端通過隨信噪比接收能力、快速切換能力、定位精度等方面也提出了更高的要全自動駕駛是汽車工程學(xué)會（SocietyofAutomotiveEngineers,SAE）定義的Level-5級相當(dāng)長的路要走。實(shí)現(xiàn)全自動駕駛，需要依賴于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、AI技術(shù)及各類傳感技時(shí)延和高可靠是保證車輛安全的重要因素，可以依賴于路邊設(shè)備實(shí)現(xiàn)超過目前車聯(lián)網(wǎng)的性2.3.6G需求戶為中心的全域無縫覆蓋和按需服務(wù)的能力。另外，6G還需要做體驗(yàn)速率0.1定位精度99.9991網(wǎng)絡(luò)容量100010x2099.99999連接密度體驗(yàn)速率0.1定位精度99.9991網(wǎng)絡(luò)容量100010x2099.99999連接密度（設(shè)備數(shù)/km2）5001移動性峰值速率（Gbps）100x201頻譜效率3x100x201頻譜效率3x1000可靠性絕對可靠。因此，從技術(shù)上來說，99.99999%的可靠等功能上的要求更豐富，并與AI、云、大數(shù)據(jù)等結(jié)合帶來更多產(chǎn)業(yè)和社會價(jià)值，創(chuàng)指標(biāo)和極致應(yīng)用對通信能力和計(jì)算能力等要求更高。6G時(shí)代的芯片制程工藝將向著1nm甚至更低的節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)[6]。同時(shí)，未來集成電路發(fā)展也將主要沿著擴(kuò)展摩爾、超越摩爾和超越互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（ComplementaryMetal擴(kuò)展及功能集成，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面的系統(tǒng)性能提高；和圖形處理器（GraphicsProcessingUnit,程工藝來實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)功能集成，而系統(tǒng)級封裝（SysteminPackage,SiP）在一方面，近年來不少新興存儲器相繼問世，例如相變存儲器（PhaseChangeRandomAcc性磁性隨機(jī)存儲器（MagnetoresistiveRandomAccessMemory,MR大規(guī)模多通道射頻器件與天線一體化、超高速模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換的研究突破為終端射頻核心芯片和器件材料研制提供新的方向感知能力的突破，已經(jīng)從通信技術(shù)領(lǐng)域向關(guān)鍵器件及新材料領(lǐng)域方向擴(kuò)展[7][8]。在人體體技術(shù)需要與顯示技術(shù)結(jié)合，圍繞關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如分辨率、幀率、對比度和動態(tài)范圍圖像（High-DynamicRange,HDR）等定義芯片規(guī)格，驅(qū)動和支撐未來新型顯以管道為主，在云計(jì)算和應(yīng)用內(nèi)容方面主要依賴于云計(jì)算或OTT（O地網(wǎng)絡(luò)一體化；如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可信和建立新的安全保障3.1.以用戶為中心的全空間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)路由路由本地?cái)?shù)據(jù)中心本地服務(wù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心本地接入服務(wù)核心網(wǎng)接入點(diǎn)子集間干擾的動態(tài)估計(jì)預(yù)測方法以及干擾協(xié)調(diào)機(jī)和AI技術(shù)，根據(jù)不同應(yīng)用場景需求，通過網(wǎng)絡(luò)功能編排中心對各網(wǎng)絡(luò)節(jié)云計(jì)算中心邊緣算力：接入、承載和核心網(wǎng)云計(jì)算中心邊緣算力：接入、承載和核心網(wǎng)3.2.泛在算力網(wǎng)絡(luò)化匹配，以及網(wǎng)絡(luò)的智能化調(diào)度能力[11]。絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)變化和業(yè)務(wù)分布不均勻等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)高效的分布式算力協(xié)同機(jī)制。3.3.安全可信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力按需柔性編排、重構(gòu)和組合，既滿足安全需求又減4.1.太赫茲通信技術(shù)太赫茲頻段位于0.1～10THz，該頻段介于技術(shù)相對成熟的微波頻等離子體鞘套、波長短等特點(diǎn)[12]?；谝陨咸攸c(diǎn)，太赫茲通信可應(yīng)用于：赫茲通信可在星間或飛行器間的通信場景中有限[13][14]。其中，水分子吸收特性如圖16所示，其吸收呈現(xiàn)頻率選擇性。uWkWWmWuWkWW真空電子學(xué)量子級聯(lián)激光器固態(tài)半導(dǎo)體電子學(xué)光子學(xué)微型化、可集成度高等特性，而這些是當(dāng)前太赫茲天線無法同時(shí)滿4.2.可見光通信技術(shù)外，可見光因其不產(chǎn)生電磁輻射、不受無線電干擾的特點(diǎn)，特別適用于電磁(a)醫(yī)療設(shè)備間通信場景(c)行駛車輛間通信場景可見光通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)部分：可見光發(fā)射端、可見光傳輸信可見光發(fā)射端調(diào)制/調(diào)制/編碼/光發(fā)射模塊光接收模塊可見光接收端解調(diào)/譯碼/通信應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。常見的光發(fā)射器件主要包括發(fā)光二極管（Ligh常見的光接收器件主要包括正-本征-負(fù)（Positive-Intrinsi4.3.全雙工技術(shù)據(jù)率提升。與此同時(shí)，全雙工技術(shù)帶來更多上行資源，可以擴(kuò)大小區(qū)接入用戶數(shù)量。中繼端實(shí)現(xiàn)。如圖20(a)所示，在同一個(gè)頻段上，自干擾消除模塊自干擾消除模塊用戶2用戶1用戶2終端直連全雙工通信。隨著全雙工基站/終端在網(wǎng)絡(luò)中比例的增加，網(wǎng)絡(luò)中的干擾也會顯著4.4.增強(qiáng)MIMO技術(shù)基站基站BBU光纖RRURRURRURRURRURRURRURRURRURRU情況下解決模態(tài)間的干擾問題是一個(gè)重要研究智能反射面（IntelligentReflectingSurface，IRS）由大量的電磁單元構(gòu)成。IRS可以通過改變智能超表面陣子的特性實(shí)現(xiàn)對入射電磁波幅相特性的改變。如圖23技術(shù)可以重塑無線傳輸環(huán)境，為盲區(qū)的用戶提供可靠的通信鏈路[22]。4.5.先進(jìn)調(diào)制編碼技術(shù)索引調(diào)制能夠通過使用一個(gè)或多個(gè)不同資源類型的索引作為信息攜帶載體[24]。相比于設(shè)計(jì)低復(fù)雜度檢測算法同時(shí)保證終端譯碼性能，是一個(gè)值得研度奇偶校驗(yàn)碼（LowDensityParityCheckCode,LD更高通信需求，現(xiàn)有的編碼調(diào)制方案需進(jìn)一步增強(qiáng)。目前潛在技術(shù)方向包括增強(qiáng)的編碼技術(shù)，主要有多元LDPC碼[29]和空間耦合LDPC碼[30]等。其中窗譯碼器有較低的譯碼時(shí)延以及較大的譯碼增強(qiáng)的譯碼技術(shù)，主要包括增強(qiáng)的多柵格置信傳播譯碼算法以及同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的譯碼4.6.非正交接入技術(shù)擴(kuò)頻（碼域）的多址方案以及基于交織的多遠(yuǎn)端UE近端UE接收信號中剔除遠(yuǎn)端接收信號中剔除遠(yuǎn)端UE的信息近端UE(2)基于擴(kuò)頻的多址方案主要有MUSA（Multi-UserShareAccess）、LDS（LowDensity不同用戶采用不同復(fù)數(shù)擴(kuò)頻序列來擴(kuò)展用戶的調(diào)制信息[35]，如圖25所示。復(fù)串行干擾消除（SuccessiveInterferenceCancelatio擴(kuò)頻序列-N…IDMA編碼器..用戶N交織器擴(kuò)頻序列-N…IDMA編碼器..用戶N交織器發(fā)送信息-1調(diào)制序列-1擴(kuò)頻序列-1用戶1發(fā)送信息-2調(diào)制序列-22擴(kuò)頻序列-2用戶2發(fā)送信息-N調(diào)制序列-N用戶NH1H2H1H2 SIC+解擴(kuò)頻基站信息比特IGMA編碼器IDMA編碼輸出IGMA編碼輸出補(bǔ)零符號級交織補(bǔ)零符號級交織補(bǔ)零符號級交織用戶1用戶2..+.....(a)IDMA/IGMA流程圖(b4.7.星地協(xié)同傳輸技術(shù)高網(wǎng)絡(luò)整體傳輸能效，實(shí)現(xiàn)資源高效綠色集約4.8.AI輔助通信輸入比特流信道估計(jì)輸出比特流預(yù)編碼調(diào)制信道編碼層映射IFFT資源映射資源映射IFFT解調(diào)信道解碼MIMO檢測MIMO檢測器解層映射資源解映射FFT資源解映射FFT輸入比特流信道估計(jì)輸出比特流預(yù)編碼調(diào)制信道編碼層映射IFFT資源映射資源映射IFFT解調(diào)信道解碼MIMO檢測MIMO檢測器解層映射資源解映射FFT資源解映射FFT高效動態(tài)管理；在可見光通信中，針對收發(fā)鏈路對光信號造成的非線性畸變，可實(shí)現(xiàn)有效的抑制和補(bǔ)償，且AI算法也可以用于優(yōu)化全雙工技術(shù)中，相比半雙工網(wǎng)絡(luò)，全雙工網(wǎng)絡(luò)的干擾會成倍增加，利用星地協(xié)同傳輸技術(shù)中的衛(wèi)星定位等。本節(jié)將從物理層優(yōu)化和高層優(yōu)化兩個(gè)角度詳細(xì)闡述。收發(fā)機(jī)聯(lián)合優(yōu)化是指發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的對應(yīng)模塊可以利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)端到端設(shè)CSICSI反饋，基站側(cè)CSI恢復(fù)(1)單功能模塊的聯(lián)合優(yōu)化：圖28所示的收發(fā)鏈路中有多個(gè)模塊可以利用端側(cè)利用AI算法將CSI做壓縮，在基站側(cè)利用AI算法恢復(fù)(2)多功能模塊的聯(lián)合優(yōu)化：AI算法還可以對收發(fā)鏈路上的多個(gè)對應(yīng)功能模塊進(jìn)行聯(lián)(2)MIMO信號檢測：基于AI的MIMO信號檢測的一種簡單實(shí)方式是用AI優(yōu)化傳統(tǒng)信號檢測算法，如在傳統(tǒng)算法中添加一些可訓(xùn)練的參靈活性以及信號檢測性能[41]。的算力，這將帶來新的能耗挑戰(zhàn)。最后，實(shí)現(xiàn)[1]GoodfellowI,BengioY,CourvilleA,etal.Deeplearning[M].Cambridge:M[3]可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)指南，/sustainabledevelopment/wpcon9/01/SDG_Guidelines_AUG_2019_Final.pdf[4]2020年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)報(bào)告，/sdgs/report/2020/The-Sustainable-Development-Goals-Report-2020_Chinese.pdf[5]ITU-TTechnicalReport[6]MooreM.InternationalRoadmapForDevicesa[7]FethiA.Novelmaterialsforelectroche[9]ChenS,QinF,HuB,etal.Us[13]JornetJM,AkyildizIF.Channelmodelingandcapacityanalysisforel[16]楊鵬飛,姚建銓,邴丕彬等.[17]孟凡亮,余厲陽.基于真空電子學(xué)方[18]遲楠.LED可見光通信技術(shù)[19]EverettE,SahaiA,Sabharwal[20]BharadiaD,McMilinE,KattiS.Fullduplexradios[C]//Proceedingsoft2013conferenceonSIGCOMCommunicationLinkBasedonMultiplexingofMultipleOrbital-Angular-MoBeams[J].[22]WuQ,ZhangR.Towardssmartandreconfigurableenvironment:Intelligentreflectinaidedwirelessnetw[23]周儒雅,金石.基于可重構(gòu)智能表面的移動通信簡要綜述[J[24]ChengX,ZhangMopportunities,andimplementation[J].ProceedingsoftheVehicularTechnology,2014,64(6):2738-2742.modulation[J].IEEETransactionsonVehicularTechnology,2015,65(7):4911-4924.LDPC-codedmodulationsystems[J].IEEETransactionsonCommunications,