中兴通讯:6G移动通信网络愿景、挑战与关键技术解析

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随着5G第一个标准版本完成,2019年将会有5G网络设备小规模试商用,首批符合5G标准的终端亦将上市。可以预期,拥有三大技术特性(enhanced Mobile BroadBand,eMBB;massive Machine-Type-Communications,mMTC;ultra-Reliable Low-Latency Communications,uRLLC)的5G无线移动通信系统将支撑未来十年(2020~2030年)信息社会的无线通信需求,成为有史以来最庞大复杂的通信网络,并将在多方面深刻影响社会发展及人类生活:与水和电一样,移动通信也将成为人类社会的基本需求;成为推动社会经济、文化和日常生活在内的社会结构变革的驱动力;将会极大地扩展人类的活动范围。

当然,上述5G愿景还需要通信领域的技术人员与其它相关行业人员一起努力,经过一定的时间逐步实现,包括标准不断完善、工程化逐步落地及商业应用模式突破等。这里从标准化角度观察5G标准不断成熟完善的过程。

当前处于5G标准化的第一阶段,即5G基础功能标准化阶段。此阶段主要针对eMBB技术特性优化,同时兼顾uRLLC和mMTC两种特性的基础需求,包括5G NR Rel-15和Rel-16两个标准版本。5G第一个基础标准化版本(5G NR Rel-15)已基本完成,包括分阶段发布的三个子版本:国际标准化组织3GPP 于2018年3月发布了第一个5G技术标准, 支持非独立组网(Non-Standalone,NSA)与eMBB功能[1];2018年9月,3GPP批准了5G独立组网(Standalone, SA)技术标准[2],5G自此进入了产业全面冲刺的新阶段;2018年12月3GPP 于RAN#82全会上宣布,最后一个子版本(5G NR Rel-15 late drop)于2019年3月发布,支持NR-NR DC(Dual Connectivity)特性[3]。而5G第二个标准版本(Rel-16),其所有技术特性已通过标准立项,相关标准化工作正在如火如荼的进行中,并将于2019年12月完成并正式发布。

5G标准化的下一阶段(可称为“5G+”)将从2020年开始,对应的标准版本为5G NR Rel-17及后续版本,标准化重点包括两方面[4]:优化uRLLC和mMTC两种物联网(Internet of Things,IoT)特性,以更好支持垂直行业的应用(例如,工业无线互联网、高铁无线通信等);设计支持52.6GHz~114.25GHz毫米波频段的空口特性。预期5G标准化的第二阶段将会吸引更多垂直行业领域成员参与标准制定,从而5G标准可以更好地针对垂直行业需求进行标准优化。

尽管5G尚处于规模商用起步阶段,相关技术特性还需要继续增强完善,物联网及垂直行业应用场景的业务模式也需要继续探索,但我们也有必要同步前瞻未来信息社会的通信需求,启动下一代移动通信系统概念与技术研究。这里我们尝试从三方面分析即刻启动下一代移动通信系统(为简化表达,下文将统一用6G标识)概念与技术研究的必然性。

(1)十年周期法则。“自1982年引进第一个代(1G)移动通信系统以来,大约每十年更新一代无线移动通信系统”[5],而且任何一代从开始概念研究到商业应用都需要十年左右的时间,也即,当上一代进入商用期,下一代开始概念和技术研究。5G研究始于十年前,现在启动6G研究符合移动通信系统发展规律。

(2)“鲶鱼效应”。不同于前几代移动通信系统,5G主要针对物联网/垂直行业应用场景。随着5G网络规模部署,尤其是5G中后期,必将会有众多垂直行业成员深度参与5G生态。与传统运营商主导的现状相比,未来新兴企业(尤其是天生具有创新思维的互联网公司)的深入参与将会对传统通信产业产生巨大冲击,甚至是革命性影响,即所谓“鲶鱼效应”。

(3)IoT业务模式爆发潜力。如同当年智能手机的出现刺激了3G应用并触发4G规模部署需求,相信IoT业务某些模式亦将会在5G时代某时间点刺激5G产业爆发,进而刺激对未来6G网络的需求。我们需要有足够的想象力,并需要为可能到来的未来网络提前着手准备,打好技术基础。

综上分析,我们可以得出结论——现在是开启下一代无线移动通信系统(6G)研究的合适时机。

近期,越来越多的机构或个人开始涉及B5G或6G概念,包括学术界、工业界、政府甚至公众[6-9]。根据谷歌搜索引擎的统计,“6g technologies”是当今搜索量最大的17个关键词之一[10]。在2018美国移动世界大会上,美国联邦通讯委员会的一位官员在公开场合展望6G[9]。不只美国,中国也已启动6G相关工作。2018年3月工业和信息化部部长苗圩在接受媒体采访时表示,中国已着手研究6G[11]。据悉,除中美两国外,欧盟、俄罗斯等也正在紧锣密鼓地开展相关工作。由此可以看出,业界对现在启动6G相关研究有一定的共识。