什么是6G? 6G 网络和技术概述

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什么是6G?

6G(第六代无线)是 5G 蜂窝技术。 由于 6G 网络能够在更高的频率下运行,因此其带宽和延迟将明显高于 5G 网络。 6G 互联网的目标之一是提供一微秒延迟的通信。 与 5G 一样,6G 将提高网络速度、减少延迟并促进机器对机器 (M2M) 通信。 6G预计将重点优化机器的网络体验 随着 人类订阅者。 

目录

6G 技术市场预计将带来显着的进步成像、存在技术和位置感知方面的进步。 6G 计算基础设施将能够确定计算发生的理想位置,包括数据存储、处理和共享的选择。此功能将与人工智能 (AI) 协同工作。重要的是要记住,6G 还不是一种运营技术。尽管一些供应商投资了下一代无线标准,但行业对支持 6G 的网络解决方案的要求仍需数年时间。 

6G网络概述

5G和6G之间的显着差异

设想的5G和6G网络架构的主要区别可以总结如下表: 

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表1:5G和6G网络架构的差异

5G与6G KPI对比

表 2:6G 使用案例的多个关键性能指标 (KPI) 的表示,以及相对于 5G 网络的改进

6G网络什么时候能用?

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6G发展总体路线图

2020年,6G的研发工作真正开始了。全球最大的5G设备制造商之一爱立信预计,“6G基础”技术的早期标准可能会在2027年发布。预计2030年6G互联网将上市。为了提高容量、减少延迟并增强频谱共享,该技术更好地利用太赫兹 (THz) 频谱和分布式无线接入网络 (RAN)。  

6G如何运作? 

因为它不存在,我们不知道。然而,一些开始流传的概念提供了可能的解决方案。 

超高频数据传输是6G研究的一大焦点。虽然5G目前不使用39GHz以上的任何频率,但原则上它可以运行到大约100GHz。对于 6G,研究人员正在研究如何使用太赫兹 (THz) 或数百 GHz 范围内的波传输数据。尽管这些波相当小且脆弱,但高层大气中大量未占用的频谱将允许惊人的数据速度。 

我们缺乏可以在几个太赫兹频率下工作的半导体材料。它可能需要大量微型天线阵列才能获得这些频率之外的任何范围。研究人员需要创建允许数据通过极其复杂的路径传输的模型,以克服环境中水蒸气的影响,水蒸气会散射和反射太赫兹信号。 

当前的无线系统只能让您同时在任何给定频率上进行传输或接收。您可以按频率 (FDD) 或设置时隙 (TDD) 来划分通道,以实现双向通信。找到使用极其复杂的计算以相同频率同时发送和接收的解决方案可以将可用频谱的效率提高两倍(并且与现有网络完全不兼容)。许多聪明的人正在努力弄清楚如何做到这一点,尽管目前还没有人知道如何做到这一点。 

尽管 5G 仍然主要是一种中心辐射型系统,其中最终用户设备(电话)连接到连接到主干网的基站(蜂窝塔),但网状网络多年来一直是许多网络领域的热门问题。也许 6G 将允许设备充当彼此的数据助推器,从而使每台设备都可以使用并扩大覆盖范围。 

分割计算是 5G 的创新,但 6G 可能会使其更加有效。设备之间的数据传输速度称为延迟。延迟越低,您的手机就越能依赖拆分计算,其中一些数据在本地处理,一些数据在其他地方处理并传输。这对于为您的设备提供连续的复杂信息流的应用程序至关重要,因为您手中的设备永远不可能像云中的超级计算机一样强大。 

6G 的目标是实现低于 1 毫秒的延迟,这将需要大量其他技术进步,但可能会实现一些非常酷的分离计算应用程序。例如,您可能拥有增强现实眼镜,可以将您所看到的信息(例如一件精美的街头艺术作品)发送到云端并实时获取,无需任何本地处理,以及有关艺术家或艺术家的详细信息。甚至还有正在绘制壁画的视频。 

奥卢大学的一份白皮书表明,新版本的互联网协议(IP)可能也是必要的。互联网的整体结构将因此而改变。该论文将当前的 IP 数据包描述为类似于一封普通信件,带有一个写好地址的信封和一些文本; “新 IP”数据包就像包含路由和优先级信息的 FedEx 包裹。 

这些事情都是一起发生的。例如,网状网络可能能够解决太赫兹信号范围有限带来的问题。如果您的数据可以从手机传输到某人的外套、街上的汽车、路灯柱,最后传输到基站,那么短距离技术就可以在更广泛的区域运行。 

6G架构  

为了摆脱单客户端单服务器模型,5G 通信开始实施面向服务架构 (SOA) 的互联网原则。在应用和网络服务层面,许多互联网服务也从单一服务转变为协作微服务,服务部署也从专用服务器硬件发展到云基础设施上的虚拟化。但这种方法仅限于控制面、核心网(CN)和管理面采用基于服务的管理架构(SBMA),并没有一直到端到端的基于服务的方式。架构(SBA),并且它继续依赖于运行逻辑上不同的无线电接入网络(RAN)节点的专用硬件。到了6G,预计SBA将能够延伸到全网、跨所有平面、端到端,包括CN、RAN和终端。这将实现更大的操作和部署灵活性,支持网络概念,并使子系统集成和可扩展性更容易。 

6G的特点

在过去的十年里,人工智能/机器学习技术,特别是深度学习,发展迅速,现在被用于从社交网络到安全的各种图像分类和计算机视觉相关领域。 通过消除复杂性并让 AI/ML 找出两个端点之间通信的最佳方式,预计 AI/ML 将从 6G 的增强过渡到基础。 

无线电连接的提供在很大程度上依赖于频谱。每一代新的移动设备都需要新的先锋频谱,以帮助最大限度地发挥尖端技术的优势。将当前的移动通信频谱从旧技术过渡到新技术也至关重要。 6G 的新先锋频谱块预计将在低频段 460 – 694 MHz 实现极端覆盖,在亚太赫兹峰值数据速率超过 100 Gbps,中频段 7 – 20 GHz 用于城市室外蜂窝,通过极端覆盖实现更大的容量。多输入多输出。 

6G感知环境、感知人、感知物体的能力将是其最突出的特点。通过收集物体反射的信号并识别它们的类型、形状、相对位置、速度,甚至可能是材料质量,网络转变为情境信息源。与其他传感方式相结合,这种形式的传感可以帮助构建物理世界的“镜子”或数字对应物,将我们的感知扩展到网络接触的每个点。通过将这些数据与人工智能/机器学习相结合,网络将变得更加智能,并提供来自物理世界的新视角。 

为了满足最严格的连接要求,包括亚毫秒级延迟,随5G引入的超可靠低延迟通信(URLLC)服务将在6G中得到改进和发展。同时传输、多个无线跳、设备到设备连接以及人工智能/机器学习都可以提高网络稳定性。增强的移动宽带以及更低的延迟和增强的可靠性将改善实时视频通信、全息体验,甚至通过部署视频传感器实时更新的数字孪生模型的体验。 

我们可以预见6G时代的使用场景,网络中会有具有独特需求的子网,形成以网络为端点的网络的网络。例如,人体局域网或汽车局域网可以在不到 100 米的区域内部署数百个传感器。为了使机器系统正常运行,这些传感器必须在 100 微秒内进行通信,并且具有极高的可靠性。在汽车或机器人上实现真正的无线网络将为这些设备的设计者开启一个新时代,因为他们不再需要安装又长又笨重的电缆系统。 

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 子网用例示例(体内和车载)

5G 是第一个设计用于在企业/工业环境中运行的系统,取代了有线连接。随着网络需求和压力的增加,各行业将需要更加复杂的设计,以实现更大的灵活性和专业化。 

5G 的核心将采用基于服务的架构,云原生部署将扩展到包括 RAN 的部分内容。该网络还将部署在混合私有云、公共云和混合云的异构云环境中。随着 RAN 的核心变得更加去中心化,而高层变得更加集中化,通过组合功能也将有机会降低成本。利用 AI/ML 进步的新网络和服务编排解决方案将实现前所未有的网络自动化水平,从而降低运营成本。 

网络攻击越来越多地针对不同类型的网络。由于威胁的动态性质,必须实施强有力的安全方法。 6G 网络将能够抵御干扰等危险。在开发包含实际和想象对象的数字表示的新混合现实环境时,必须考虑隐私问题。 

执行摘要 

6G 将迎来一个新时代,数十亿设备、人员、联网汽车、机器人和无人机将在未来十年内产生泽字节的数字数据。为了处理全息临场感和沉浸式通信等日益困难的应用,6G 将需要遵守更严格的标准。 2030 年代可能会作为个人移动机器人广泛部署的开始而载入史册。 

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