原创紫光展锐前沿探索 | 满足未来6G多差异化应用场景的技术体系思考

 2024-5-24 13:50  320 4 4 分类: 消费电子

在6G架构/系统设计中，紫光展锐提出了未来6G空口“一体多翼”的技术体系概念，即“Big-Lite Multi-RAT”。本文将详细对该技术体系展开介绍。

“一体多翼”技术体系通过 “体”（Big RAT）和“翼”（Lite RAT）的有机结合，共同满足6G各种场景下的不同需求，旨在为业界提供满足未来6G多差异化应用场景的解决方案思路，助推6G创新发展及统一生态加速构建。

在ITU最新发布的关于6G框架和整体目标的建议书Rec. ITU-R M.2160中，给出了六大应用场景和十五大关键能力指标维度，相比于4G/5G，6G新增的感知和AI等相关场景和能力，已经超出传统通信技术范畴。

目前，紫光展锐已围绕重点领域开展6G基础研究、核心关键技术攻关和标准化工作，并将广泛地参与业界讨论，推进相关研究，携手合作伙伴共促6G未来商用成功。

“不止于通信”将是6G网络的核心主题，未来的6G系统，一方面需要兼顾不同场景下多样化的一般需求，另一方面也要满足某些特定场景下的极致需求，这为6G系统的设计带来了新的机遇与挑战。未来6G将是由“大而全”的“体”和“小而精”的“翼”共同构筑的“一体多翼”技术体系，即“Big-Lite Multi-RAT¹”，通过“体”（Big RAT）和“翼”（Lite RAT）的有机结合，共同满足6G各种场景下的不同需求，为业界提供满足未来6G多差异化应用场景的解决方案思路，助推6G创新发展及统一生态加速构建。

图 1 6G场景及能力的扩展

（左：应用场景；右：能力需求）

回溯移动通信技术的演变

移动通信经过40年左右的发展，从1G/2G的语音业务，到3G/4G的个人互联网业务，再到5G的万物互联、赋能千行百业，其能力和承载的社会责任已取得了长足的进展。

图 2 移动通信发展历程

然而，每一代移动通信的演进，都是围绕着“通信”能力开展，技术框架也比较简单，其中较为革命性的变革是在2G时引入了分组交换（PS）以适应个人互联网的需求，并在后续不断演进。

随着社会及科技的发展，5G提出了包含eMBB、URLLC和mMTC在内的三大应用场景，5G的初始技术框架是“1+1”的模式，采用NB-IoT和eMTC技术满足mMTC场景，用NR技术满足eMBB和URLLC场景，并沿着这两条路线不断演进。NR技术以eMBB场景为基础，针对URLLC等场景逐步进行优化，叠加新特性，实现新功能，通过灵活的网络配置，满足不同的业务需求，构成了一套“大而全”的5G协议。但这种模式也存在一定弊端，比如网络调度复杂性增加、行业应用成本居高不下、部分极致需求难以满足等。

图 3 5G框架：“1+1”模式

“一体多翼”的技术理念与潜在技术方向

随着“不止于通信”的需求在6G中占有更加显著的位置，为满足6G各种场景下的不同需求，对6G的设计理念做出一些革命性变革就显得尤为重要。

图 4 “一体多翼”概念

“Big RAT”作为“一体多翼”中的“体”，以传统移动通信服务为主要出发点，构建一个大体量的无线空口技术方案，采用灵活的配置，满足各种各样的差异化需求。“Big RAT”是基于5G NR的“进化体”，满足6G大部分应用中的场景需求。

图 5 “Big RAT”的潜在发展路径

“Lite RAT”是“一体多翼”中的“翼”，可以采用全新的技术理念和框架，面向具有极端需求的服务，构建轻量化的无线空口技术方案。不同的“Lite RAT”有着明显差异的技术特性，“Lite RAT”的数量多寡取决于6G具体KPI指标，且可能随着6G不同的版本逐步引入。我们认为，有以下五种潜在技术方向：

超高频段的独立RAT

太赫兹和可见光等超高频段可提供丰富的频谱资源，有望助力实现6G Tbps的通信速率，并支撑极致画质和多维度感官信息所需的海量多媒体数据流的传输，从而打造真正意义上的身临其境。

图 6 超高频段的独立RAT

极简化高可靠性的独立RAT

将核心网的部分功能集成到RAN²中，可以减少RAN与核心网之间的交互，从而显著减少相关流程的完成时间；通过压缩和简化RAN L2协议栈以适应具有极端要求的特定应用场景，而不是沿用当前5G无线协议栈的通用化和分层设计，这可以减少功能冗余和处理过程复杂度；考虑新的信道编码和调制方案，以抵抗各种干扰，在较低频段引入更大的SCS、更小的调度粒度及更严格的HARQ³定时以进一步降低时延。

图 7 极简化、高可靠性的独立RAT

海量连接的独立RAT

在6G时代，RedCap/eRedCap和NB-IoT/eMTC会继续演进以支持更多的应用场景。如RedCap的定位增强满足工业或日常定位需求，基于NB-IoT/eMTC的非地面网络可以大幅提升物联网设备的覆盖。与此同时，生产生活中还需要引入全新的设计（无源物联网/环境物联网）来满足一些新的或极致场景要求，如极小的设备尺寸、极低的复杂度和功耗、极恶劣的环境（如高压，高温），无法供电或更换电池等。

图 8 海量连接的独立RAT

具有感知能力的独立RAT

独立的感知RAT可以针对感知需求设计独立的感知波形。例如，直接引入雷达领域常见的脉冲波形或者FMCW等波形。此外，还可以考虑针对感知信号进行独立的功控设计，一方面可以满足感知功能的需求，另一方面还可以控制网络系统中感知-感知、感知-通信之间相互的干扰。

针对一些高精度感知业务（如手势识别，成像等），还可以考虑分配更大的频域带宽资源或引入只用于感知功能的独立带宽资源来规避其他系统的干扰。

图 9 具有感知能力的独立RAT

基于AI的独立RAT

基于AI的独立空口重点设计双边AI，这种设计将带来更多好处：首先，双边AI设计可以出色地适应收发器硬件和信道环境，提升系统性能，比如非线性功率放大器，器件造成的相位偏移和噪声，高多普勒信道环境。另外，双边AI可以实现多模块联合设计、甚至更彻底的端到端设计，如语义通信可以将信源信道进行联合设计。在一些特殊场景中，例如在工业互联网、智能交通等领域可以带来很好的性能。

图 10 双边AI的三个阶段

6G终端的可行性实现方案

在我们看来，SoC和Chiplet方案将共同支持6G终端的多RATlet方案，架构的选择取决于使用场景、选择的空口类型、半导体工艺能力、面积和功耗要求等。例如，从使用场景的角度来看，SoC集成AP可用于较为常见且通用场景的RATlet，而Chiplet可以用于特定场景的RATlet。需要注意的是，单个RATlet不必对应于单个Chiplet，芯片中应该部署的空口类型需要根据空口实现的复杂性进行综合评估。