引領5G至6G新願景 九大關鍵技術不可或缺

2023-04-18
作者 R&S

5G為工業4.0等新應用場景打開了大門,雖然5G服務將繼續朝著3GPP R18演進發展,但學術界和產業內已經開始研究下一代無線通訊6G的基礎理論…

下一代無線通訊標準6G

5G為工業4.0等新應用場景打開了大門,雖然5G服務將繼續朝著3GPP R18演進發展,但學術界和產業內已經開始研究下一代無線通訊6G的基礎理論。預計到2030年左右會實現商業部署,在此之前一年可能就會推出試商用版。目前很難預測業內構想的哪些應用和用例最終會成為下一代無線標準的主要驅動力,進而影響6G的系統要求(關鍵效能指標,KPI)和技術。

表1總結了預估的KPI要求。6G的目標值大約是5G的10~100倍,這也為無線通訊和傳輸網路帶來新的挑戰;而圖1則是概述了為實現未來無線通訊的願景和應用而確定的6G主要研究領域。

 

表1:從5G到6G KPI的增強預期,抖動是一個新的KPI,它定義了延遲敏感類操作的延遲波動門限值。

 

圖1:6G主要研究領域概述。

 

九大關鍵技術

從5G到6G,除去這些KPI而主要研究領域外,有九大技術將對相關領域產生至關重要的影響,是哪九大技術呢?

1.超高速通道編碼

通道編碼用於校正傳輸誤差,是實現可靠性通訊的關鍵。為實現極高吞吐量、可靠性、低功耗等新KPI,現有的通道編碼方案需要得到增強,如Turbo、LDPC和極化碼。

2.新波形和多址接入

波形設計對無線系統是否能夠高效操作至關重要。儘管OFDM仍然是6G波形的主流,我們仍然需要尋找備選的特定應用波形,例如正交時頻空調變(OTFS),可用於都卜勒擴展的高速移動場景。亦或像非正交多址接入(NOMA),因其對正交性的約束減少,可更靈活地利用無線通道。

3.超大規模多重輸入多重輸出(MIMO)技術

5G中已經導入了大規模MIMO。目前的趨勢是選擇更高頻率和更短波長,以力求在一個小區域內可以增加更多的天線數量,從而提供更多的定向波束用於補償高頻損耗。

4.新網路拓撲

為了實現超高速、高容量和高可靠通訊,空間分佈式拓撲結構下的網路,能讓大範圍分佈的基地台進行協作式同調聯合傳輸,為不同位置的用戶帶來更一致的體驗品質,同時獲得更高的訊噪比和增益。

5.THz通訊和感知

100GHz~3THz中數千THz的極高頻寬可以實現無線通訊中的超高數據速率,這利於實現感知和成像應用,以及未來可能的醫療診斷程序。

6.聯合通訊與感知(JCS)

有時也稱為整合通訊與感知(ICAS),將通訊和感知的應用,在同一物理層進行設計,使用統一的波形和網路架構。其應用包括定位、目標檢測或高解析度雷達等。

7.光子技術和可見光通訊(VLC)

光學無線通訊(OWC)與可見光通訊,作為一種額外容量要求的補充技術,其優勢在可實現約300THz的非授權頻寬,具有抗干擾、高強鍵性和安全通訊等特點。另一種光子技術是量子通訊,其透過交換糾纏光子形成一種固有的量子密鑰分發(QKD),可確保超安全和可靠通訊的可信度。

8.可重構智慧超表面(RIS)和超材料

可重構智慧超表面是一種平面結構,由大量的被動元件組成,其具有動態控制電磁波的特性。可以將無線訊號的能量引導到某一點,從而在非視距無線傳輸環境中實現更好的覆蓋,同時降低能耗。

9.分佈式運算和人工智慧(AI)通訊系統與機器學習(ML)

在新的運算架構中,如類神經網路運算,其低延遲及高能效處理,特別合適一些高能耗任務。如今,人工智慧和機器學習已經開始用於初期的網路規劃階段、網路控制和最佳化等。

從以上分析可見,THz技術因能在Tbit/s級別實現最大吞吐量和極低延遲方面的目標要求,可望發展為未來6G不可或缺的一部分,而使用光子技術產生THz波可能代表THz候選技術的發展分支。

最終何種技術會佔據上風?何種方法將會用於何種特殊的應用?想超前獲得5G、B5G乃至於6G的最新技術發展?

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