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6g智能业务网络:愿景、架构与关键技术

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 991-1024页

作者：廖建新戚琦王敬宇王晶庄子睿北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室北京100876

移动通信业务网络负责基础网络与业务应用之间的适配.5g以前的业务网络是在建好基础网络以后,通过叠加逻辑网络方式构建.6g时代,“场景驱动”将成为移动通信发展的主要演进范式,业务网络的重要性更加突出.6g业务网络应与基础网络同步规... 详细信息

移动通信业务网络负责基础网络与业务应用之间的适配.5g以前的业务网络是在建好基础网络以后,通过叠加逻辑网络方式构建.6g时代,“场景驱动”将成为移动通信发展的主要演进范式,业务网络的重要性更加突出.6g业务网络应与基础网络同步规划和建设,由6g全场景驱动设计,实现全场景全域按需服务.传统业务网络仅从独立视角设计安全认证、网络控制和能力开放等机制,难以实现细粒度、动态资源管控,无法高效适配6g全场景业务应用.为此,本文基于国家首批6g重点研发计划专项“全场景按需服务关键技术”项目成果与当前学术研究进展,梳理和总结了6g网络按需服务的挑战、6g智能业务网络的愿景和总体架构设计,设计了涵盖资源接入、能力开放与场景解析3个层次以及安全内生、智能内生和协作共享3个关键管控平面的6g智能业务网络,实现对全域资源的细粒度智能管控.最后结合大模型、元宇宙、绿色节能等技术与通信网络深度融合的趋势,展望了6g智能业务网络更加广阔的应用发展空间.

关键词：业务网络按需服务全场景智能内生协作共享大模型 6g

6g信道新特性与建模研究:挑战、进展与展望

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中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1114-1143页

作者：张建华王珩张宇翔唐盼于力许慧鑫刘亚萌刘西曼巩汇文田磊北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876

随着第六代移动通信(the six generation,6g)的前沿研究在全球范围内陆续开展,工业界和学术界提出了多种新技术、新频段和新应用,如通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)、超大规模多输入多输出天线阵列(extra-la... 详细信息

随着第六代移动通信(the six generation,6g)的前沿研究在全球范围内陆续开展,工业界和学术界提出了多种新技术、新频段和新应用,如通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)、超大规模多输入多输出天线阵列(extra-large-scale massive multiple-input multiple-output,XLMIMO)、多频段通信、可重构智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)和空-天-地-海通信等,旨在提供更高速率、更低时延、更广覆盖的高可靠移动通信服务.信道是移动通信系统收发端之间信号承载的媒介,其深入的传播特性发现与精确的建模对6g系统的研发、评估和优化至关重要.因此本文首先回顾了第一代到第五代移动通信的信道研究发展趋势,指出了多频段、多场景和多种新技术趋势下6g信道研究面临的挑战.随后,详细总结了6g信道新特性研究的最新进展,包括ISAC信道的共享性、XL-MIMO信道的近场和空间非平稳性、RIS信道的级联特性,以及多频段信道频率依赖性等.然后,本文提出了一种面向6g标准的扩展几何统计性信道模型,将所发现的信道新特性纳入统一建模框架,所提模型后向兼容主流的高精度5g标准模型,便于代际更迭的信道仿真器实现.最后,指出了面向6g演进的信道特性与建模方法研究有待深入的问题,并聚焦6g网络自治化的未来愿景,展望了一种基于环境感知重构和人工智能预测技术的信道数字孪生新范式.

关键词： 6g 信道测量信道特性信道建模人工智能数字孪生通信感知一体化超大规模MIMO 可重构智能超表面空—天—地—海通信

6g移动信息网络架构:从通信到一切皆服务的变迁

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中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1236-1266页

作者：刘光毅张慧敏佟舟李娜陈天骄华美慧刘超彭程晖艾明崔琪楣潘志文中国移动通信研究院北京100053 华为技术有限公司深圳518000 中信科移动通信技术股份有限公司北京100053 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100053 东南大学信息科学与工程学院南京210096

5g与大数据、云计算和AI等技术的融合正在赋能千行百业的数字化转型,加速整个社会走向数字化和智慧化.面向2030年,社会发展的愿景将是“数字孪生、智慧泛在”,更加差异化和碎片化的业务场景将对移动通信网络提出全新的挑战,未来网络将... 详细信息

5g与大数据、云计算和AI等技术的融合正在赋能千行百业的数字化转型,加速整个社会走向数字化和智慧化.面向2030年,社会发展的愿景将是“数字孪生、智慧泛在”,更加差异化和碎片化的业务场景将对移动通信网络提出全新的挑战,未来网络将从提供信息传输服务,拓展到信息感知、传输、存储、处理、利用等全过程服务,实现从传统通信网络向移动信息网络的重大转变.为了高效实现这一转变,6g网络将通过通信、感知、大数据、计算、AI和安全等多领域技术的跨界融合,实现柔性、按需服务、至简、智慧内生、数字孪生和安全内生的网络设计,带来“按需服务”和“一切皆服务”的范式转变.本文从面向2030年的新应用需求、新技术趋势,以及5g网络面临的问题与挑战出发,分析6g网络发展的三大驱动力,提出6g网络架构的整体设计思路,并设计了“三层六面”6g网络逻辑功能架构和实际部署架构,打造一站式提供通信、感知、计算、AI、大数据和安全等服务的全新能力,全面提升6g网络的业务和场景适应能力,实现面向全行业、全场景、全生态的按需服务,在有效解决5g网络面临的高成本、高功耗、操作和维护难等主要问题的同时,全面赋能“数字孪生、智慧泛在”社会发展愿景的实现.

关键词： 6g 网络架构柔性至简按需服务智慧内生数字孪生安全内生

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6g无线覆盖扩展技术

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1144-1176页

作者：许晓东韩书君赵芸王静贤何睿斯王德胜侯延昭费泽松张雪菲侯利明郭婧艾渤牛勇熊轲王方刚章嘉懿沈霞杜滢刘玲杜清河王碧舳孙梦颖张静璇谭力北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 北京邮电大学网络空间安全学院北京100876 北京邮电大学电子工程学院北京100876 鹏城实验室深圳518055 中国移动通信有限公司研究院北京100053 中国电子科技集团有限公司电子科学研究院北京100041 北京交通大学电子信息工程学院北京100091 北京交通大学计算机与信息技术学院北京100091 华中科技大学电子信息与通信学院武汉430074 北京理工大学信息与电子学院北京100041 中信科移动通信技术股份有限公司北京100083 中国信息通信研究院北京100191 中国科学院计算技术研究所北京100190 西安交通大学信息与通信工程学院西安710049

根据国际电信联盟关于IMT-2030愿景,第6代移动通信系统(the 6th generation mobile networks,6g)的覆盖服务需求将从单场景覆盖向多场景覆盖扩展,6g基础设施的部署也将逐步从2D覆盖向3D覆盖扩展、从局部覆盖向全球覆盖扩展、从中低频段... 详细信息

根据国际电信联盟关于IMT-2030愿景,第6代移动通信系统(the 6th generation mobile networks,6g)的覆盖服务需求将从单场景覆盖向多场景覆盖扩展,6g基础设施的部署也将逐步从2D覆盖向3D覆盖扩展、从局部覆盖向全球覆盖扩展、从中低频段融合使用向更高频段按需开启.上述需求使得6g在提升容量的同时,需要进一步考虑无线覆盖扩展需求.本文针对如何在6g网络结构时空尺度跨度大、全场景业务需求差异大、超密集覆盖能耗大等关键挑战下实现容量和能效约束下的覆盖能力扩展这一重大科学问题,首先提出了面向6g无线覆盖扩展的智能柔性组网架构;其次研究了面向6g无线覆盖扩展的关键技术,包括面向6g广域覆盖的多维立体空天地覆盖扩展技术、面向深度覆盖的超密集异构覆盖扩展技术和面向6g平滑度覆盖的超高速移动覆盖扩展技术;接着分析了基于语义通信的覆盖扩展技术;最后给出了6g全场景无线覆盖扩展仿真验证,通过定义6g无线覆盖扩展技术指标体系,进行了典型场景的覆盖性能仿真验证.

关键词： 6g 无线覆盖扩展组网架构关键技术指标体系

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6g星地融合移动通信关键技术

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1177-1214页

作者：陈山枝孙韶辉康绍莉徐晖苏厉张晓燕胡博张伟虞志刚中国信息通信科技集团有限公司北京100083 无线移动通信全国重点实验室北京100083 中信科移动通信技术股份有限公司北京100083 清华大学天基网络与通信全国重点实验室北京100084 国家无线电监测中心北京100037 北京邮电大学计算机学院北京100876 中国空间技术研究院北京100094 中国电子科技集团有限公司电子科学研究院北京100041

星地融合移动通信朝着“5g体制兼容、6g系统融合”的技术路径发展,6g星地融合可以充分发挥卫星通信和地面移动通信各自的优势,极大地提高网络的覆盖能力和系统性价比,实现全球立体覆盖的目标.本文概述了星地融合移动通信发展背景与趋势... 详细信息

星地融合移动通信朝着“5g体制兼容、6g系统融合”的技术路径发展,6g星地融合可以充分发挥卫星通信和地面移动通信各自的优势,极大地提高网络的覆盖能力和系统性价比,实现全球立体覆盖的目标.本文概述了星地融合移动通信发展背景与趋势,分析了6g星地融合移动通信需求与技术挑战,针对无线传输效率低、网络架构设计复杂、移动性管理难、网络质量保障难等系列问题,从无线传输、网络架构、资源管控和移动性管理、天基计算、频谱共享等多个方面开展6g星地融合移动通信关键技术研究.针对各关键技术,首先分析发展现状,然后提出创新技术,并开展相应的性能评估验证其有效性.

关键词： 6g 星地融合移动通信多波束协同弹性可重构网络架构频谱共享移动性管理天基计算

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6g全场景按需服务:愿景、技术与展望

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1025-1054页

作者：承楠陈芳炯陈文程志密杨清海李长乐沈学民西安电子科技大学通信工程学院空天地一体化综合业务网全国重点实验室西安710071 华南理工大学电子与信息学院广州510006 上海交通大学电子工程系上海200240 大唐移动通信设备有限公司北京100083 鹏城实验室深圳518000

6g移动通信系统面临着复杂动态的网络,其多样化的场景和个性化的需求为网络服务的提供和价值的实现带来了极大挑战.因此,6g网络应转向“以服务为中心”的新范式,综合运用先进网络技术和多维网络资源在全域全场景实现按需服务.本文对6g... 详细信息

6g移动通信系统面临着复杂动态的网络,其多样化的场景和个性化的需求为网络服务的提供和价值的实现带来了极大挑战.因此,6g网络应转向“以服务为中心”的新范式,综合运用先进网络技术和多维网络资源在全域全场景实现按需服务.本文对6g全场景按需服务研究展开综述,首先对按需服务的必要性进行说明,梳理了全场景按需服务的研究价值;然后对其内涵、挑战和机遇进行了阐述;接着对于6g全场景按需服务的架构和关键技术进行了分析;最后展望了6g全场景按需服务的前景和潜在研究方向.

关键词： 6g 全场景按需服务知识意图驱动网络人工智能

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面向6g网络的高可靠低延时通信计算与控制

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1267-1282页

作者：牛志升清华大学电子工程系北京100084

未来6g网络的业务主体将转变为赋能千行百业的智能物联网应用,因此在提供高可靠低延时通信(ultra-reliable and low-latency communications,u RLLComm)的同时,还要实现高可靠低延时的智能计算(uRLLComp)与智能控制(uRLLCtrl)(以下简称u... 详细信息

未来6g网络的业务主体将转变为赋能千行百业的智能物联网应用,因此在提供高可靠低延时通信(ultra-reliable and low-latency communications,u RLLComm)的同时,还要实现高可靠低延时的智能计算(uRLLComp)与智能控制(uRLLCtrl)(以下简称uRLLC3).这对于传输环境、业务需求与网络资源配置均高度动态变化的移动网络来讲是一个巨大挑战.本文面向6g时代的智慧网联与网联智能,从排队论中几个超越直觉的定理出发,尝试为u RLLC3的实现提供一些有益启示,并系统地给出实现高可靠低延时通信、计算与控制的理论与方法.同时,以未来智慧网联汽车的智能控制为例,在描述信息新鲜度的信息年龄(age-of-information,AoI)性能指标的基础上,提出一种新的信息时效性表征指标——信息紧迫度(urgency-of-information,UoI),并在此基础上给出几种UoI意义上最优的移动终端调度与控制算法,验证所提UoI指标的有效性.

关键词：移动通信 6g 高可靠低延时车联网信息年龄信息时效性

面向6g太赫兹无线通信的关键机器学习技术综述(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 7-31页

作者：周雯徐思聪复旦大学通信科学与工程系电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

太赫兹技术作为6g时代的核心通信技术,可以有效解决频段资源日益稀缺的窘境,以满足流量、连接数急剧增长的需求,实现更大的传输带宽。现有机器学习算法如深度神经网络、卷积神经网络和长短期记忆网络等,均可以有效缓解6g传输系统中的强... 详细信息

太赫兹技术作为6g时代的核心通信技术,可以有效解决频段资源日益稀缺的窘境,以满足流量、连接数急剧增长的需求,实现更大的传输带宽。现有机器学习算法如深度神经网络、卷积神经网络和长短期记忆网络等,均可以有效缓解6g传输系统中的强非线性效应,是实现6g太赫兹无线通信的重要手段。介绍了应用于光子毫米波和太赫兹无线传输系统的不同深度学习范式,讨论了应用光子技术办法产生超高速THz波无线信号的国内外主要进展及技术路线对比,并且对较为经典的或是目前最新的应用于太赫兹通信系统中的人工智能技术进行了介绍,同时对未来大速度、高容量的太赫兹通信技术的发展提出了展望。

关键词：太赫兹无线通信 6g 人工智能机器学习神经网络光纤通信

能量信息深度融合的移动网络架构及其技术挑战

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中国科学：信息科学 2024年第4期54卷 745-757页

作者：周盛孙宇璇姜之源龚杰常征牛志升清华大学电子工程系北京100084 北京交通大学电子信息工程学院北京100044 上海大学通信与信息工程学院上海200444 中山大学计算机学院广州510275 电子科技大学计算机科学与工程学院成都611731

5g的大规模部署伴随着网络能耗呈指数级增长,与此同时,国家提出了"碳达峰"与"碳中和"的"双碳"目标,因此移动网络的节能减排已刻不容缓.然而,一方面随着人工智能等技术的发展,未来6g网络中计算类业务预期将迎来大幅增长;另一方面,实现绿... 详细信息

5g的大规模部署伴随着网络能耗呈指数级增长,与此同时,国家提出了"碳达峰"与"碳中和"的"双碳"目标,因此移动网络的节能减排已刻不容缓.然而,一方面随着人工智能等技术的发展,未来6g网络中计算类业务预期将迎来大幅增长;另一方面,实现绿色低碳需要提升可再生能源的利用率,但绿色新能源供能不稳难以保证服务质量.为应对以上挑战,本文提出一种能量与信息服务深度融合的低碳网络架构,通过构建一个协调异质资源的智能控制面,充分利用并调度移动网络中泛在的算力、通信和储能,在保证6g个性化业务服务质量要求的同时,以期大幅降低网络能耗与碳排放.本文同时还讨论了该架构下的调度机制设计以及可能的未来研究方向.

关键词： 6g 低碳节能通信计算融合绿色能源