El 5G se ha comercializado por completo. Con la penetración continua de 5G en industrias verticales, la visión de la gente sobre 6G se incluye gradualmente en la agenda. De cara a 2030+, 6G respaldará plenamente la digitalización del mundo entero sobre la base de 5G y se combinará con el desarrollo de la inteligencia artificial y otras tecnologías para hacer realidad la sabiduría omnipresente y deseable, potenciar todo de manera integral y promover que la sociedad avance hacia un "gemelo digital" que combina virtualidad y realidad. "Mundo, haz realidad la hermosa visión del "gemelo digital, sabiduría ubicua".

      En torno a esta visión general, la red 6G generará nuevos escenarios de aplicación en tres aspectos: vida inteligente, producción inteligente y sociedad inteligente, como humanos digitales gemelos, interacción holográfica, súper transporte, interconexión sinestesia, interacción inteligente, etc.

      Estos escenarios requerirán velocidades máximas de nivel de terabits, experiencia de latencia de nivel inferior a milisegundos, velocidades de movimiento superiores a 1,000 km/h y nuevas capacidades de red, como seguridad endógena, endógena inteligente y gemelos digitales. Para cumplir con los requisitos más altos de nuevos escenarios y nuevos servicios, la tecnología y la arquitectura de la interfaz aérea 6G necesitan los cambios correspondientes.

                                                                                             01 Tecnología de red del futuro

       En la actualidad, con la profunda integración de las tecnologías de la información y las comunicaciones con los macrodatos y la inteligencia artificial, la mayor expansión de la ubicuidad de la red, la mejora continua de la experiencia del usuario y los requisitos de servicios personalizados, y la aparición continua de muchas nuevas tecnologías habilitadoras, la La red futura también presenta algunas características importantes y tendencias de desarrollo como las siguientes.

1. Comunicación de espectro completo

       Con la mejora continua de los requisitos de comunicación, las redes de comunicaciones móviles necesitan más espectro. Dado que se asignó el espectro por debajo de 6 GHz, las bandas de frecuencia de ondas milimétricas de 26 GHz y 39 GHz también se asignaron para uso 5G. Es necesario estudiar bandas de frecuencia más altas, como THz y luz visible, para satisfacer las necesidades de mayor capacidad y tasa de experiencia ultraalta.

       La luz visible generalmente se refiere a ondas electromagnéticas en la banda de frecuencia de 430 ~ 790 THz (la longitud de onda es de 380 ~ 750 nm), y hay un espectro candidato de alrededor de 400 THz. Terahercios se refiere a ondas electromagnéticas en la banda de frecuencia de 0.1 a 10 THz (la longitud de onda es de 30 a 3000 micrones), que tiene un espectro candidato de aproximadamente 10 THz. Ambos tienen las características de un gran ancho de banda y son fáciles de realizar comunicaciones de ultra alta velocidad, lo que es un complemento potencial para el futuro sistema de comunicación móvil.

▲ Distribución de frecuencia

       Tanto la luz visible como los terahercios tienen grandes pérdidas de transmisión espacial, por lo que no son adecuados para la transmisión a larga distancia en comunicaciones terrestres, pero sí para proporcionar mayor capacidad y velocidades más altas en escenarios locales y de corta distancia.

       In order to improve coverage, visible light communication can take advantage of its low power consumption, low cost, easy deployment and other characteristics, and combine it with lighting functions to achieve wider coverage by ultra-dense deployment; while terahertz communication has a short wavelength and a small antena element size. The transmit power is low, so it is more suitable to be used in combination with ultra-large-scale antenas to form a terahertz beam with a narrower width and better directivity, which can effectively suppress interference and improve the coverage distance.

       Desde la perspectiva del despliegue de toda la red de comunicaciones móviles 6G, es necesario considerar de manera integral el costo, la demanda y la experiencia del servicio, y utilizar de manera efectiva todos los recursos de frecuencia disponibles en diferentes escenarios. Las bandas por debajo de 6 GHz seguirán desempeñando un papel importante, especialmente proporcionando una cobertura de red perfecta, etc. Las ondas milimétricas desempeñarán un papel más importante, y las bandas de THz y de luz visible proporcionarán mayor capacidad y mayor velocidad.

       Por lo tanto, después de introducir la luz visible y la comunicación de terahercios en las redes de comunicaciones móviles, es necesario considerar la integración profunda de todas las bandas de frecuencia por debajo de 6 GHz, ondas milimétricas, terahercios y luz visible, para lograr la complementariedad dinámica de cada una. banda de frecuencia, para optimizar la calidad general del servicio de toda la red y reducir el consumo de energía de la red.

2. La integración del espacio, el cielo y la tierra

       En el futuro, si bien mejora en gran medida la tasa de experiencia del usuario, la red también debe cumplir con los requisitos de servicio de red de aviones, barcos y otros servicios de Internet aéreos y marítimos, garantizar la continuidad del servicio de vehículos terrestres en movimiento de alta velocidad, alta velocidad. terminales ferroviarias y de otro tipo, y apoyar el rescate de emergencia inmediato y el socorro en casos de desastre, y la protección del medio ambiente. El despliegue de dispositivos masivos de IoT, como monitoreo, prevención de incendios forestales, inspección en áreas no tripuladas y seguimiento de información de contenedores oceánicos, puede satisfacer las necesidades de cobertura de bajo costo en áreas escasamente pobladas. Por lo tanto, la forma principal en el futuro es expandir la cobertura de la red a una red de cobertura tridimensional en espacios naturales como el espacio, las montañas profundas, el mar profundo y la tierra. Por lo tanto, es necesario construir una red integrada aire-espacio-tierra para lograr la "cobertura ubicua" tridimensional de la red de comunicaciones global.

        La red integrada aire-espacio-tierra incluye principalmente tres partes: la base espacial compuesta por satélites en diferentes órbitas, la base espacial compuesta por varios vehículos aéreos y la base terrestre compuesta por estaciones terrestres de satélites y redes terrestres tradicionales. Tiene una amplia cobertura, implementación flexible y consumo de energía ultrabajo. , precisión ultra alta y no se ve afectado fácilmente por desastres terrestres.

▲ Red integrada aire-espacio-tierra

      La integración aire-espacio-tierra orientada a 6G toma la red de comunicaciones por satélite como un importante complemento y extensión de la red de comunicaciones terrestres, y las integra profundamente para mejorar significativamente la capacidad de acceso a la interfaz aérea del usuario y la capacidad de cobertura tridimensional. A través de la programación de coordinación de recursos satélite-tierra y la itinerancia fluida satélite-tierra de la red integrada aire-espacio-tierra, puede proporcionar a los usuarios servicios consistentes y no perceptivos, asegurando la resiliencia y solidez de la red y la intensidad de los recursos verdes.

3. Integración DOICT

        6G es una nueva generación de sistemas de comunicación móvil que integra profundamente la tecnología de la comunicación, la tecnología de la información, la tecnología de big data, la tecnología de inteligencia artificial y la tecnología de control, y muestra fuertes características de desarrollo interdisciplinario e interdisciplinario. La visión 6G del "gemelo digital, sabiduría ubicua" requiere un diseño de extremo a extremo desde la recopilación de información, la transmisión de información, el cálculo de información y la aplicación de información. La convergencia DOICT será la tendencia de desarrollo de la arquitectura de servicios y procesamiento de información de extremo a extremo 6G.

        La profunda integración de las TIC promueve la definibilidad total de la red, que es la base de la red flexible. La profunda integración de DICT promueve la plena penetración de la inteligencia artificial y el big data en la red, que es la base de la red inteligente. La profunda integración de DOICT promueve el desarrollo de redes deterministas y es la base de los sistemas automatizados y los sistemas gemelos digitales.

       DOICT logrará la integración profunda de la nube, la red, el borde, la terminal y la industria sobre la base del flujo de big data, creará un entorno creíble representado por blockchain, mejorará la eficiencia de la utilización de recursos de todas las partes y actualizará de manera colaborativa las capacidades informáticas del borde de la nube. , capacidades de red, capacidades de terminal y capacidades comerciales.

4. La red se puede reconfigurar.

        Con el rápido desarrollo de la tecnología de comunicaciones móviles, las necesidades y escenarios comerciales son más diversificados y personalizados, y la futura red 6G adoptará un diseño de arquitectura más flexible y reconfigurable.

          Por un lado, basándose en recursos de hardware compartidos, la red asigna los recursos de red e interfaz aérea correspondientes para diferentes servicios de diferentes usuarios para lograr servicios bajo demanda de un extremo a otro. Al tiempo que proporciona servicios avanzados, también permite compartir recursos para maximizar la utilización de recursos y reducir el costo de construcción de la red; por otro lado, la arquitectura de red minimalista y las características de red flexibles y escalables brindan una gran comodidad para el mantenimiento, actualización y optimización posteriores de la red, lo que reduce aún más los costos operativos de la red para los operadores. Además, frente a los requisitos de funciones endógenas de la inteligencia 6G, también ofrece una mayor potencia informática y escalabilidad para la red.

5. Integración percepción-comunicación-computación

        La integración de percepción-comunicación-computación se refiere a un marco de tecnología de procesamiento de información de extremo a extremo que ejecuta sincrónicamente la recopilación y el cálculo de información en el proceso de transmisión de información, lo que romperá la estructura similar a una chimenea de la recopilación de información del terminal y la información de la red. transmisión y computación en la nube. El marco de servicios de información es el requisito técnico para proporcionar servicios altamente acoplados de computación de comunicación de percepción, como gemelos digitales, inmersivos y no tripulados.

        La integración percepción-comunicación-computación se divide en dos niveles: colaboración de funciones y fusión de funciones. En el marco de colaboración funcional, la información de percepción puede mejorar las capacidades de comunicación, la comunicación puede ampliar la dimensión y profundidad de la percepción, la informática puede realizar fusión de datos multidimensionales y análisis de big data, la percepción puede mejorar el rendimiento de los modelos y algoritmos informáticos, la comunicación puede generar informática ubicua , Computación Se puede lograr una comunicación a gran escala.

        En el marco de fusión de funciones, la señal de detección y la señal de comunicación se pueden integrar con el diseño y la detección de formas de onda y compartir un conjunto de equipos de hardware. En la actualidad, la integración de la tecnología de comunicación por radar se ha convertido en un punto candente, y la integración de capacidades de detección de terahercios y capacidades de comunicación, así como la integración de imágenes y comunicación de luz visible, se han convertido en las tendencias tecnológicas potenciales de 6G. La percepción y la informática están integradas en una red consciente de la potencia informática, y la integración de la informática y la red realiza la arquitectura de microservicio y definible de extremo a extremo de la red.

         En el futuro, la informática de comunicación perceptiva podrá realizar una reconfiguración funcional basada en el desarrollo de tecnología de chip definida por software.

▲ Escenarios de aplicación de integración percepción-comunicación-computación

       Los escenarios de aplicación de la integración de percepción, comunicación e informática incluyen negocios no tripulados, negocios de inmersión y negocios de gemelos digitales. En el campo de los negocios no tripulados, proporciona la capacidad de interacción corporal inteligente y aprendizaje automático colaborativo; en el campo de los negocios de inmersión, proporciona la capacidad de percepción y representación de XR interactivo, y la capacidad de percepción, modelado y visualización de comunicación holográfica; en el campo del negocio de gemelos digitales Proporciona capacidades de percepción, modelado, razonamiento y control del mundo físico, y proporciona capacidades de seguimiento del personal, percepción de parámetros humanos e intervención en el campo de las redes de áreas corporales.

02Tecnología habilitante inalámbrica

       Frente a los nuevos requisitos de indicadores planteados por nuevos escenarios de aplicación, como la tasa máxima de nivel Tbps, la tasa de experiencia del usuario de nivel Gbps y el retraso de las conexiones casi cableadas, es difícil cumplir con los requisitos confiando únicamente en la tecnología 5G existente. La industria también está investigando activamente algunas nuevas tecnologías, nuevas arquitecturas y nuevos diseños, con la esperanza de lograr nuevos avances. Este capítulo analizará las posibles tecnologías clave de las futuras redes de acceso inalámbrico desde tres aspectos: tecnología de transmisión básica, diseño de protocolo y arquitectura, y tecnología de red autónoma.

        Como todos sabemos, un mayor ancho de banda puede mejorar la velocidad máxima del sistema, pero la mejora de la eficiencia espectral también depende del desarrollo de la tecnología de transmisión de capa física.

1. MIMO supermasivo distribuido

       Después de la introducción de MIMO ultramasivo, la capacidad de la red 4G/5G ha mejorado enormemente, pero debido a la pérdida de ruta y la interferencia entre celdas, la experiencia del usuario en el borde de la celda aún debe mejorarse. MIMO ultramasivo distribuido extiende el método de implementación centralizada tradicional a la implementación distribuida e introduce la cooperación inteligente entre múltiples nodos distribuidos para realizar la programación conjunta de recursos y la transmisión conjunta de datos, como se muestra en la siguiente figura. Mediante la implementación distribuida y la colaboración inteligente, por un lado, se eliminan eficazmente las interferencias y se mejora la calidad de la recepción de la señal; por otro lado, la cobertura se mejora efectivamente, brindando a los usuarios una experiencia de rendimiento sin fronteras. En el futuro, las redes 6G mostrarán un gran potencial de aplicación, especialmente en bandas de frecuencia más altas y escenarios de despliegue denso.

       The industry has theoretically demonstrated the advantages of distributed MIMO in improving channel capacity. Theoretical analysis shows that under the conditions of the same total number of antenas, total transmit power and coverage, distributed MIMO systems always have distributed nodes that are closer to users, and at the same time use the intelligent cooperation of scheduling and shaping, their performance is better than that of centralized ones. MIMO is more uniform, especially for edge users, the performance gain is more significant.

       Due to the significant increase in the antena scale and the number of nodes, distributed ultra-large MIMO poses challenges to the ability of information exchange between nodes, joint cooperative node selection and shaping scheme design, algorithm complexity, and interference processing. The consistency of the transceiver channels between nodes also puts forward higher requirements, and further research on the air interface calibration scheme is required.

2. Metasuperficies inteligentes

       La Superficie Inteligente Reconfigurable (RIS) controla las ondas electromagnéticas a través de las unidades estructurales de la superficie. Al ajustar los parámetros y posiciones de cada unidad estructural, realiza el ajuste de cualquier reflexión de onda electromagnética/amplitud disparo a disparo y distribución de fase. Tiene una importancia positiva para resolver los problemas de las comunicaciones inalámbricas tradicionales, como la transmisión sin línea de visión y la reducción de los agujeros de cobertura.

       La siguiente figura muestra un diagrama esquemático de un sistema de comunicación inalámbrica asistido por RIS. La estación base controla el RIS, y el RIS ajusta la amplitud y fase de su propia unidad estructural basándose en el control, para realizar la reflexión controlada de la señal transmitida por la estación base. En comparación con la comunicación por retransmisión tradicional, RIS puede funcionar en modo dúplex completo con una mayor utilización del espectro. RIS no requiere enlaces de RF, no requiere suministro de energía a gran escala y tendrá ventajas en el consumo de energía y los costos de implementación.

                                                                                           ▲Sistema de comunicación auxiliar RIS

       El efecto de aplicación práctica de RIS en las comunicaciones móviles inalámbricas depende de la madurez de la investigación de los metamateriales y de la precisión y eficiencia de los metamateriales controlados digitalmente. Al mismo tiempo, es necesario estudiar más a fondo la difícil estimación del canal de metasuperficie causada por las características pasivas, el esquema práctico de precodificación conjunta de la estación base y el RIS, y la arquitectura de la red RIS y el esquema de control.

3. Tecnología de transmisión Super Nyquist

       En los sistemas de comunicación tradicionales, para evitar la interferencia entre símbolos (ISI, Inter-Symbol Interference), se suele utilizar el criterio de Nyquist, limitando así la tasa de símbolos transmitidos. Olor de error de la técnica de transmisión Ultra-Nyquist para encontrar la fuente de referencia. Envíe símbolos a una velocidad más rápida, introduzca ISI artificialmente durante la transmisión y luego use un receptor más avanzado para eliminar ISI mediante sobremuestreo en el receptor, como se muestra en la figura siguiente, mejorando así la velocidad de transmisión real y la utilización del espectro del enlace.

▲ El diagrama de bloques de la transmisión y recepción del sistema de transmisión Super-Nyquist.

       La densidad espectral de potencia de la señal de transmisión Super-Nyquist solo está relacionada con la función de respuesta de frecuencia del filtro de transmisión y no expande el ancho de banda. La siguiente figura compara el ancho de banda del sistema de transmisión Super-Nyquist y el sistema Nyquist tradicional, en el que la forma de onda en el dominio del tiempo de banda base es una onda rectangular y el número de capas superpuestas del sistema de transmisión Super-Nyquist es 4. Como puede ser Como se ve en la figura, el sistema de transmisión Super-Nyquist no cambia la forma de distribución del espectro, es decir, no expande el ancho de banda.

▲ Comparación de ancho de banda del sistema Super-Nyquist y el sistema Nyquist

       en un multi-antena antena system, super-Nyquist transmission technology is used to generate delay between transmit antenas, and oversampling is used to create a virtual receive antena, which can improve spatial multiplexing and diversity gain when the number of antenas on the user side is limited. Therefore, even single-antena users can achieve spatial multiplexing gain. It can be seen from the figure below that when the signal-to-noise ratio is high, the virtual antena system based on super-Nyquist transmission has obvious gain compared to the traditional MISO. When the signal-to-noise ratio is 10dB, a capacity gain of over 40% can be obtained.

▲ Comparación de la capacidad de la transmisión Super Nyquist y el sistema de transmisión Nyquist tradicional

      The optimal decoding algorithm of super-Nyquist transmission technology is the Viterbi decoding algorithm based on maximum likelihood sequence estimation, but its complexity increases exponentially with the increase of overlapping degree. Therefore, low-complexity receiver design is crucial to the practical development of this system. At the same time, multi-carrier and large-scale antenas are still the mainstream technologies in the future. How to combine with OFDM/MIMO technology and consider the impact of actual multipath fading channels on the system needs to be discussed in depth.

     4. Transformar la forma de onda del dominio.

      La tecnología de forma de onda ha desempeñado un papel importante en el diseño de la interfaz aérea de los sistemas de comunicación inalámbricos de todas las generaciones. El rendimiento de la forma de onda OFDM utilizada por los sistemas 4G y 5G depende de la ortogonalidad entre sus subportadoras. Si la ortogonalidad entre subportadoras se ve dañada por factores como el desplazamiento de frecuencia Doppler, el rendimiento tiende a degradarse significativamente.

▲Diagrama esquemático del principio de forma de onda del dominio de transformación

      Las formas de onda del dominio de transformación están diseñadas para superar las desventajas mencionadas anteriormente de las formas de onda OFDM. A diferencia del esquema de forma de onda tradicional en el que el símbolo transmitido se ubica en el dominio clásico de tiempo-frecuencia, la forma de onda del dominio de transformación considera que el símbolo transmitido se ubica en otros dominios duales (como retardo de frecuencia, Doppler variable en el tiempo, etc.). dominios duales), como se muestra en la siguiente figura. A través de la transformación entre los dominios duales, los símbolos del dominio de transformación pueden lograr un efecto de diversidad multidimensional, de modo que los factores desfavorables como el desplazamiento de frecuencia Doppler en la forma de onda OFDM se puedan utilizar eficazmente como un grado de libertad de diversidad para mejorar el rendimiento de la transmisión. .
                                                                                ▲ Comparación de la forma de onda del dominio de transformación y el rendimiento OFDM

        La figura anterior muestra la comparación del rendimiento de la tasa de error de bloque entre la forma de onda del dominio de transformación descendente y OFDM bajo el supuesto de estimación de canal ideal en un entorno móvil de 500 km/h. En la simulación se considera el modelo de canal CDL, el espaciado entre subportadoras es de 60 kHz, la codificación del canal es un código convolucional de 1/3 de velocidad de código, el número de subportadoras es 128 y la forma de onda del dominio de transformación considera la unión procesamiento de seis símbolos OFDM consecutivos en el dominio del tiempo. Los resultados muestran que la forma de onda del dominio de transformación puede abordar eficazmente el desplazamiento de frecuencia Doppler en el entorno móvil de alta velocidad y lograr un mejor rendimiento de la tasa de error de bloqueo.

       Although related studies have shown that the transform-domain waveform scheme can achieve significant gains compared with the traditional OFDM-based waveform scheme in high-speed mobile scenarios, how to accurately restore the transmitted signal at a lower cost is an important topic in transform-domain waveform research. In addition, how to design efficient reference signals to accurately acquire multi-antena channels with low overhead requires further research.

5. Enlaces físicos impulsados ​​por IA

       Desde la comunicación 5G, la inteligencia de la red inalámbrica se ha convertido en un tema importante, con el objetivo de lograr una asignación y utilización más eficiente de los recursos de la red. Como una de las principales tecnologías habilitadoras de la inteligencia de redes inalámbricas actual, la tecnología de IA está penetrando en la red central, la gestión de la red y la capa física y la pila de protocolos de alto nivel de la red de acceso. Entre ellos, la IA de capa física generalmente se refiere a soluciones técnicas que utilizan métodos de inteligencia artificial/aprendizaje automático para realizar o mejorar las funciones de la capa física de las redes inalámbricas.

       La IA se puede aplicar principalmente al procesamiento CSI, al diseño de receptores y al diseño de enlaces de un extremo a otro en la capa física. Por ejemplo, las redes neuronales en el aprendizaje profundo se utilizan para aprender representaciones comprimidas de CSI de alta dimensión en comunicación inalámbrica, reduciendo así la sobrecarga de retroalimentación de CSI; las redes neuronales artificiales se utilizan para aprender el mapeo inverso de la señal de interferencia recibida a la señal original, lo que puede eliminar la necesidad de una estimación y ecualización explícita del canal; La optimización conjunta del transmisor y el receptor en un entorno de canal específico puede aprender efectos no ideales en el canal y mejorar el rendimiento de la transmisión.

       Sin embargo, reemplazar los módulos tradicionales de capa física con módulos de IA en forma de "caja negra" difícilmente superará en rendimiento a los diseños tradicionales. Por el contrario, la idea de combinar métodos de inteligencia artificial con conocimiento humano experto es una mejor opción que puede aprovechar las ventajas de ambos. Además, para utilizar plenamente el potencial de la IA para reducir los gastos generales y la complejidad, se requiere el diseño correspondiente de la señal de referencia y la asignación de recursos de la interfaz aérea o incluso un diseño conjunto entre módulos multienlace. Por lo tanto, los marcos de interfaz aérea existentes y el diseño de señalización tienen más impacto.

6. Control de enlace Plug and Play

       La red de acceso inalámbrico 6G debe tener la capacidad de expansión automática de la cobertura para completar mejor la cobertura tridimensional de la escena completa. Cuando un nuevo organismo de servicio de red se une a la red, puede rápidamente darse la mano, conectarse y funcionar y lograr una expansión de la cobertura. La tecnología de control de enlace plug and play incluye los siguientes aspectos:

Conciencia del proceso: percibe varios tipos de solicitudes de acceso e inicia procesos apropiados de protocolo de enlace y señalización de control. Para diferentes tipos de puntos de acceso, es necesario identificar con precisión, completar el acceso rápidamente y lograr una expansión flexible de la cobertura.

       Control y coordinación de la nube al borde: la nube proporciona un control flexible y preciso de los puntos de acceso al borde, incluido el control de acceso, la asignación automática de recursos de ancho de banda y la coordinación entre enlaces. El procesamiento en la nube puede introducir capacidades de IA para respaldar las funciones anteriores.

        Autogeneración y autooptimización de puntos de acceso: utilice gemelos digitales/IA y otras tecnologías para automatizar, administrar y monitorear completamente varios puntos de acceso a lo largo del ciclo de vida. Cuando el punto de acceso se une recientemente a la red, puede completar automáticamente la configuración y realizar la autogeneración; cuando el punto de acceso está en funcionamiento, ajusta y optimiza automáticamente los parámetros de acuerdo con la escena en tiempo real y mejora el servicio según sea necesario para satisfacer mejor las necesidades de los usuarios.

▲ Control de enlace plug and play

       Se requieren canales de transmisión eficientes y de alta velocidad y un gran ancho de banda y un ancho de banda de transmisión en tiempo real entre la nube y el borde para garantizar el intercambio de información en tiempo real entre interfaces plug-and-play. Al mismo tiempo, también requiere un potente gemelo digital y soporte de algoritmos de IA para completar el acceso remoto. Control automático de puntos.

7. Control de QoS de la interfaz aérea adaptativa

       La era 6G será una era inteligente y altamente basada en datos. Nuevos servicios como las imágenes holográficas, los servicios XR y la percepción e interacción del espacio virtual han planteado requisitos más extremos para la garantía de calidad del servicio de las redes 6G.

       El control de QoS de la interfaz aérea adaptativa se basa en las limitaciones de QoS de extremo a extremo, de acuerdo con las características de transmisión de la interfaz aérea en tiempo real, los recursos relativamente limitados de la interfaz aérea y las limitaciones de tiempo de retroalimentación de transmisión, etc., para realizar la garantía de QoS de los datos de transmisión de la interfaz aérea, que es un servicio de interfaz aérea bajo demanda y tecnologías clave para capacidades de red eficientes.

       El control de QoS de la interfaz aérea adaptativa incluye los siguientes aspectos:

       1. Mecanismo de detección de QoS flexible: combinado con tecnología de IA/big data, realiza la detección de QoS y el modelado de servicios transmitidos, así como el ajuste adaptativo.

       2. Integración profunda de la QoS del servicio y las capacidades de la interfaz aérea: explore un nuevo mecanismo de QoS que combine la QoS del servicio y las capacidades del servicio de la interfaz aérea. Con base en los requisitos precisos del servicio, la red de acceso de radio hace coincidir los requisitos del servicio con el estado de la interfaz aérea en tiempo real a través de la programación y la gestión de recursos de radio.

       3. El mecanismo de QoS de extremo a extremo de la capa AS: el terminal combina la información de QoS proporcionada por la red de acceso para realizar una gestión de QoS más refinada, a fin de lograr una transmisión precisa y eficiente de datos de enlace ascendente y descendente en la interfaz aérea. .

De cara al futuro, los requisitos de servicio de las redes 6G están en constante evolución. El mecanismo de QoS involucra la red central, la red de transmisión y la red de acceso. Combinada con la red central, la coordinación unificada del mecanismo de QoS entre la capa de transporte y la red de acceso es una cuestión de seguimiento que debe considerarse.

03Tecnología habilitadora de redes

1. Esquema de señalización ligero.

        Desde la historia del desarrollo de 2G, 3G, 4G y 5G, con la expansión continua de la escala de la red y la creciente complejidad, la arquitectura de la red es compleja y redundante. Según la tendencia de desarrollo de redes existente, la complejidad de la red 6G que respalda Internet de todo aumentará exponencialmente. Una solución de señalización ligera es una elección inevitable para el diseño 6G.

       La red de acceso inalámbrico 6G debe diseñarse de acuerdo con un esquema de señalización unificada e integrar múltiples tecnologías de acceso a la interfaz aérea bajo un control de señalización unificado para lograr un control unificado de la interfaz aérea y reducir la complejidad del acceso del terminal a la red. En términos del diseño de la función de la pila de protocolos, se puede considerar el diseño de la función del protocolo diferenciado, se puede optimizar la distribución de la función del protocolo y el diseño de la interfaz, y la función del protocolo se puede mejorar aún más combinando la tecnología de IA.

       En términos de funciones de red, la red 6G se puede dividir en una capa de señalización de amplia cobertura y una capa de datos bajo demanda. A través del mecanismo de separación del plano de señalización y el plano de usuario, se utiliza una capa de superposición de señalización unificada para garantizar una gestión de movilidad confiable y un acceso rápido al servicio; A través de la carga dinámica de la capa de datos bajo demanda, se satisfacen los requisitos de servicio de los usuarios de la red. La cooperación flexible entre los dos puede reducir la cantidad de estaciones base implementadas y mejorar la experiencia de percepción del servicio del usuario.

▲Control de señalización ligero

       Las soluciones de señalización ligeras requieren alta confiabilidad, baja latencia y soporte de red de transmisión de bajo costo. La red de transmisión requiere una topología flexible y suficiente ancho de banda. El centro de control inalámbrico, la red de transmisión y el punto de acceso a la red deben integrarse en el diseño. Además, la separación de la señalización y los servicios requiere coordinar las bandas de frecuencia 6G disponibles para aprovechar al máximo las ventajas de una amplia cobertura y una carga de servicios flexible.

2. Diseño de servicios de un extremo a otro

       Con la profunda integración de las tecnologías DOICT y el surgimiento de una gran cantidad de nuevos servicios, los operadores necesitan que la red tenga la capacidad de responder rápidamente a las nuevas demandas para poder brindar rápidamente servicios de red. La tecnología basada en servicios nativa de la nube es una tecnología importante para habilitar las capacidades anteriores, impulsando la evolución de las funciones de protocolo hacia una arquitectura basada en servicios. La función de protocolo basada en la arquitectura orientada a servicios tiene la capacidad de ejecutar la función de protocolo de acuerdo con los requisitos comerciales. Las características técnicas se reflejan en los siguientes aspectos:

       1. Funciones de protocolo impulsadas por tecnología de servicio nativa de la nube: bajo la premisa de cumplir con las restricciones lógicas de cada capa de protocolo, las entidades funcionales del protocolo se reconstruyen en módulos combinados de manera flexible. capacidades de servicio empresarial.

       2. Interfaz impulsada por tecnología orientada a servicios nativa de la nube: las interfaces internas y externas de la red de acceso se reconstruyen en función de la forma de interfaz orientada a servicios nativos de la nube y el protocolo de interfaz, que ha admitido la combinación flexible de módulos de funciones de protocolo y la apertura de capacidades de red;

       3. Apertura de capacidades impulsada por tecnología orientada a servicios nativa de la nube: proporcionar a terceros un mecanismo de intercambio de información de red de acceso conveniente, rápido y unificado y un mecanismo de ajuste de políticas para lograr una situación en la que todos ganen.

▲ Acuerdo basado en arquitectura orientada a servicios.

       Las funciones refactorizadas de la función de protocolo incluyen dos categorías: funciones básicas y funciones incrementales:

       1. Las funciones básicas incluyen funciones a nivel de celda, como gestión de conexiones, gestión del plano de usuario, gestión de ahorro de energía del UE y otras funciones y servicios de red correspondientes.

       2. Las funciones incrementales incluyen el registro de servicios de red de acceso, la recopilación y almacenamiento de datos, la apertura de capacidades, el análisis y la toma de decisiones de IA y los servicios de red correspondientes.

       El alto rendimiento en tiempo real y la alta flexibilidad de la función de la red de acceso imponen altos requisitos en cuanto al almacenamiento, la potencia informática y el rendimiento en tiempo real de la interacción de información de la plataforma. Es necesario investigar y verificar más a fondo si la tecnología de integración profunda de DOICT puede cumplir con este requisito. Al mismo tiempo, las funciones de la red de acceso están estrechamente acopladas, y cómo lograr "alta cohesión y bajo acoplamiento" con funciones razonables es una ingeniería de sistema compleja. Además, en comparación con las soluciones tradicionales, la tecnología actual orientada a servicios conlleva un aumento en el costo de un solo dispositivo. Cómo lograr un equilibrio entre costos y beneficios es un problema sistemático.

      El protocolo basado en la arquitectura orientada a servicios se ejecuta en la plataforma en la nube y utiliza la nube nativa para realizar el desarrollo, implementación y administración basados ​​en microservicios. Las plataformas nativas de la nube deben adaptarse a las características de la red para lograr una implementación eficiente, abierta y multinube.

                                                                                           ▲La tendencia de evolución de la tecnología en la nube

      En los últimos 20 años, la tecnología informática ha experimentado un rápido desarrollo desde bare metal hasta máquinas virtuales y contenedores, y la nube nativa se ha convertido en la práctica técnica más adecuada para la arquitectura de la nube. Nativo de la nube es un concepto ideológico para el diseño de aplicaciones en la nube. Es el camino de mejores prácticas para aprovechar al máximo el rendimiento de la nube. Puede ayudar a los operadores a construir un sistema de red flexible, confiable, débilmente acoplado, fácil de administrar y observable, mejorar la eficiencia de la entrega y reducir la complejidad de O&M. Gastar. Las tecnologías representativas incluyen infraestructura inmutable, malla de servicios, API declarativa y sin servidor. La arquitectura de tecnología nativa de la nube tiene las siguientes características típicas:

     La máxima elasticidad puede lograr una respuesta en segundos o incluso milisegundos;

      Un mecanismo de programación altamente automatizado puede lograr una gran capacidad de autocuración;

      La alta adaptabilidad permite capacidades de implementación replicables a gran escala en todas las regiones, plataformas e incluso proveedores de servicios.

       La nube nativa reduce en gran medida el umbral para la computación en la nube, permite la colaboración entre dominios entre I+D y O&M, mejora la velocidad de la iteración abierta y potencia la innovación empresarial. Actualmente, las tecnologías de puntos de acceso nativos de la nube están mostrando una explosión explosiva, incluida la orquestación de contenedores de múltiples nubes, el servidor nativo de la nube, el almacenamiento nativo de la nube, la red nativa de la nube, la base de datos nativa de la nube, la cola de mensajes nativa de la nube, la malla de servicios, el contenedor sin servidor y la función como servicio ( FaaS), Backend como Servicio (BaaS), etc.

        Los servicios de telecomunicaciones tienen mayores requisitos de rendimiento, baja latencia, confiabilidad, seguridad y costos de equipo. Esto requiere que las tecnologías nativas de la nube evolucionen en función de las características de los servicios de telecomunicaciones para cumplir con los altos estándares de los servicios de telecomunicaciones.

3. Función de percepción inteligente

        Los servicios interactivos basados ​​en la nube, de latencia ultrabaja y gran ancho de banda orientados a 6G están aumentando. Los diseños en "capas" y "en forma de chimenea" de la capa de aplicación existente, la capa de transporte de servicios y la capa de red móvil dan como resultado una transmisión prolongada de paquetes de datos, lo que resulta en una experiencia de usuario degradada.

        Para lograr una coincidencia precisa y en tiempo real de las capacidades de transmisión de servicios y las capacidades de la red, es necesario introducir mediciones y retroalimentación en tiempo real de alta precisión de cada capa de protocolo de la red de extremo a extremo para permitir la optimización colaborativa, y introducir funciones de procesamiento inteligente en el lado de la red, incluidas la estimación y predicción inteligentes. Por un lado, preprocesa los datos de medición e interacción para lograr la reducción de dimensionalidad y la compresión y, por otro lado, se suscribe y notifica de acuerdo con los requisitos de la capa de aplicación y la capa de transporte de servicios para reducir la sobrecarga de la transmisión de la red.

                                                                                         ▲ Diseño de arquitectura conjunta entre capas.

         Al mismo tiempo, puede percibir de manera profundamente inteligente los requisitos de transmisión de la capa de aplicación, realizar la percepción y predicción en tiempo real de los requisitos de transmisión a nivel de paquete bajo la premisa de garantizar plenamente la privacidad del usuario y proporcionar servicios detallados para el control de la congestión. en la capa de transmisión de servicios y programación de recursos en la capa de red móvil. Guía de granularidad.

       El sistema de servicios de red inteligente requiere capas de múltiples protocolos, elementos de múltiples redes y cooperación de múltiples tecnologías, y enfrenta muchos desafíos, como la dificultad de la verificación de soluciones técnicas y la introducción de posibles funciones no estándar. Al mismo tiempo, dado que el diseño conjunto de cada capa de protocolo y la estandarización de la interacción involucran múltiples organizaciones de estándares y grupos de trabajo, la promoción de cada nueva tecnología en la estandarización enfrenta grandes desafíos.

4. Sistema de autonomía de red basado en gemelo digital

        La tecnología de gemelos digitales se refiere al establecimiento de una entidad virtual a partir de la entidad del mundo físico en el mundo digital a través de medios digitales, realizando así observación, análisis, simulación, control y optimización dinámica de la entidad del mundo físico. Las tecnologías de redes de gemelos digitales incluyen modelado funcional, modelado de elementos de red, modelado de redes, simulación de redes, modelado de parámetros y rendimiento, pruebas automatizadas, adquisición de datos, procesamiento de big data, análisis de datos, aprendizaje automático con inteligencia artificial, predicción de fallas, topología y enrutamiento. mejor. De esta manera, los problemas difíciles de resolver en cada etapa de la red se convierten al mundo digital para resolverlos, y la capacidad autónoma de la red se puede lograr mediante monitoreo, predicción, optimización y simulación.

▲ El gemelo digital logra la autonomía de la red

       Basada en tecnología de gemelos digitales y tecnología de inteligencia artificial, la red 6G será una red autónoma con capacidades de autooptimización, autoevolución y autocrecimiento. La red autooptimizada predice la tendencia del estado futuro de la red de antemano, interviene de antemano ante una posible degradación del rendimiento, optimiza y simula continuamente el estado óptimo de la red física en el dominio digital y emite las correspondientes operaciones de operación y mantenimiento en avance. La red física se corrige automáticamente.

        La red autoevolutiva analiza y toma decisiones sobre el camino de evolución de las funciones de la red basadas en inteligencia artificial, incluida la optimización y mejora de las funciones de la red existentes y el diseño, realización, verificación e implementación de nuevas funciones. La red de crecimiento propio identifica y predice diferentes necesidades comerciales, organiza e implementa automáticamente funciones de red en cada dominio y genera flujos de servicios de un extremo a otro que satisfacen las necesidades comerciales; expande automáticamente la capacidad para sitios con capacidad insuficiente y expande automáticamente la capacidad para áreas sin cobertura de red. Planificación, autoarranque de hardware, autocarga de software.

       Como nuevo concepto aplicado al campo de las redes, la tecnología de gemelos digitales necesita generar más consenso en la industria. Desde el proceso de la industria y otras industrias, llevará mucho tiempo. Al mismo tiempo, la tecnología de gemelos digitales se basa en una gran cantidad de recopilación de datos, lo que aumentará el costo del equipo, y la forma de recopilación de datos también requiere una innovación revolucionaria.

5. Transmisión de datos determinista

       El concepto de determinismo fue propuesto y estandarizado originalmente en el IEEE. El grupo de trabajo IEEE 802.1 creó el grupo de trabajo Audio Video Bridging (AVB) en 2007 con el objetivo de reemplazar HDMI, altavoces y cables coaxiales en el hogar por Ethernet. Con la aplicación exitosa del estándar IEEE 802.1AVB en estudios, lugares deportivos y de entretenimiento, esta tecnología está empezando a atraer la atención de la industria y el mundo de la automoción.

En 2012, el grupo de tareas IEEE 802.1AVB pasó a llamarse grupo de tareas de redes sensibles al tiempo (TSN). El estándar TSN amplía la tecnología AVB y tiene mecanismos para garantizar el rendimiento en tiempo real, como sincronización de tiempo y garantía de retraso, y admite protocolos relacionados, como programación y configuración del tráfico, confiabilidad y gestión de configuración. En 2015, el IETF estableció el grupo de trabajo de redes deterministas (DetNet) para trabajar en la extensión de técnicas deterministas basadas en Ethernet a redes IP de área amplia, proporcionando límites en el peor de los casos en cuanto a latencia, pérdida de paquetes y fluctuación para proporcionar una transmisión de datos determinista.

        De lo anterior se puede ver que la transmisión determinista de redes fijas se ha propuesto durante 10 años, pero la investigación de la transmisión determinista de redes móviles acaba de comenzar, principalmente porque 1. La interfaz aérea se ve fácilmente afectada por el medio ambiente y la la calidad de la transmisión es difícil de predecir 2. Falta de un mecanismo de garantía determinista de extremo a extremo.

        En la era 6G, la transmisión de datos determinista se convertirá en la capacidad representativa de la red 6G, logrando características como retraso limitado, baja fluctuación, alta confiabilidad y sincronización horaria de alta precisión. Las dificultades a superar incluyen las siguientes:

       1. Cómo realizar una reserva de recursos flexible y una programación en tiempo real en la interfaz aérea inalámbrica. La imprevisibilidad de la interfaz aérea es el principal cuello de botella para realizar una transmisión determinista de un extremo a otro. Esto requiere que en la era 6G, los recursos de la interfaz aérea sean suficientes y sin restricciones, y los paquetes de datos puedan programarse de manera flexible en tiempo real en la red de acceso para garantizar que los paquetes puedan procesarse y enviarse dentro del tiempo especificado.

       2. Cómo implementar un mecanismo de transmisión determinista de área amplia. La dificultad de aplicar la tecnología IEEE TSN a un área amplia se debe principalmente a la incapacidad del CNC en el sistema TSN para realizar operaciones de ruta a gran escala y una programación precisa en tiempo real, y la precisión de la sincronización de tiempo disminuye a medida que la ruta se alarga.

       3. Cómo realizar la integración de mecanismos deterministas entre capas y entre dominios. En la era 5G, la red móvil sigue siendo una red de capa sobre IP, lo que plantea un grave desafío para la programación determinista de la transmisión de la coordinación entre dominios. En la era 6G, desde el comienzo del diseño de redes, se espera lograr acceso heterogéneo, convergencia fijo-móvil y gestión colaborativa. Las redes móviles necesitan absorber los protocolos de transmisión deterministas de Capa 2 y Capa 3 de la red fija existente para lograr la convergencia de implementación y el soporte de protocolo. Programación coordinada para lograr una transmisión de datos determinista entre capas y dominios de un extremo a otro.

6. Red programable

       La red 6G debe admitir la programabilidad de la red y lograr la sinergia de cinco redes de acceso, borde, núcleo, área amplia y datos, de modo que la red de telecomunicaciones tenga la capacidad de personalizar todos los escenarios en múltiples servicios, múltiples dominios y todo el mundo. ciclo vital. La programabilidad de la red se refleja en muchos niveles, de abajo hacia arriba, programabilidad del chip (como P4, POF), programabilidad FIB (como OpenFlow), programabilidad RIB (como BGP, PCEP), sistema operativo del dispositivo programable, configuración del dispositivo programable (por ejemplo CLI, NETCONF/YANG, OVSDB), controlador programable y servicio programable (por ejemplo, GBP, NEMO).

       La futura red debe cumplir con la programabilidad desde las cuatro dimensiones de elemento de red, protocolo, servicio y gestión:

       1. Elementos de red programables de los equipos: con la diversificación e individualización de los tipos de servicios de datos, las demandas de los usuarios de nuevas funciones de red surgen en un flujo interminable. Las funciones de red admitidas por la pila de protocolos de los elementos de red del equipo son limitadas y los chips de tarjetas de red utilizados también son limitados. Es imposible predecir todas las capacidades posibles de la red en los próximos años. Como componente básico de la red, el elemento de red necesita su arquitectura de hardware para permitir a los usuarios redefinir funciones y completar el procesamiento de diferentes tipos de protocolos, encapsulación y decapsulación según sea necesario.

        Al mismo tiempo, la arquitectura de software de la capa superior consta de módulos o API con funciones claras, lo que permite a los usuarios reorganizar estos módulos o llamar a interfaces para lograr propósitos personalizados, como clasificación, modelado y QoS. Los elementos de red del equipo admiten la programabilidad, lo que permite soportar de manera eficiente la personalización del usuario y la evolución continua de nuevos protocolos.

        2. Protocolos de red programables: la división de funciones entre redes de telecomunicaciones y redes de datos se está volviendo cada vez más borrosa, y los protocolos y arquitecturas de red también se están infiltrando entre sí. Con la evolución continua de los escenarios de aplicación, surgen uno tras otro nuevos requisitos para las funciones de la pila de protocolos de red y la evolución e innovación de los protocolos de red (como NewIP, SRv6, QUIC, etc.) que pueden soportar los protocolos intra e interred. El traspaso sincrónico e incluso el protocolo de red de extremo a extremo del segmento se pueden seleccionar según la demanda de acuerdo con el tipo de servicio y los requisitos de calidad del usuario. Y luego realice el cambio sin problemas de la red 5G+ a la red 6G.

       3. Rutas de servicio programables: la red de extremo a extremo ofrece servicios cada vez más abundantes. Necesitamos ver que la red o elemento de red complete la actualización de nuevos servicios en secuencia. Admite la configuración bajo demanda de diferentes datos de usuario para utilizar diferentes rutas de procesamiento de servicios, que no solo pueden adoptar el esquema de transformación antiguo, sino también realizar el desvío gradual hacia la arquitectura de red innovadora, conmutación fluida y expansión ilimitada para satisfacer al usuario. necesidades sobre la base de costes limitados. Además, se puede medir y ajustar la ruta de reenvío desde el terminal, la red de acceso, la red central, la red de área amplia hasta toda la red del centro de datos, de modo que el negocio, la red y la colaboración lateral de extremo a extremo puedan ser Realice en un sentido verdadero, y la red de extremo a extremo se puede realizar. Asegurar.

       4. Métodos de gestión programables: con la creciente complejidad de las redes de telecomunicaciones, los altos costos de operación y mantenimiento dentro de la red y los retrasos en las barreras de operación y mantenimiento entre redes, lo que resulta en capacidades insuficientes de monetización empresarial y ralentiza el lanzamiento de nuevos servicios. La programación del curso sobre métodos de gestión significa que, en términos de métodos de monitoreo y gestión, los elementos de la red en la red deben admitir una variedad de métodos de gestión personalizados para promover las tres mejoras de eficiencia de recursos, eficiencia energética y eficiencia de operación y mantenimiento, y lograr un Bucle cerrado orientado a la experiencia del usuario. Sistema de red autónomo.

       Anteriormente, informamos sobre la aplicación de 5G en 21 industrias verticales. Con la continua popularización del 5G, las necesidades de comunicación orientadas al futuro serán más claras. Los campos de nuevos negocios relacionados, nuevas aplicaciones, nuevos servicios y nuevos materiales se están desarrollando rápidamente, y constantemente se integran nuevas tecnologías y tecnologías de comunicación como la computación en la nube, big data, blockchain e inteligencia artificial. Estos deben combinarse urgentemente con los últimos cambios y las tendencias de desarrollo continúan impulsando el diseño y la investigación de 6G. Aunque la visión actual del 6G puede parecer poco realista, la tecnología suele desarrollarse más rápido de lo que la gente espera.

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