6G無線系統的應用,趨勢,技術以及開放性研究

專業名詞：eMBB:enhenced mobile broadband（增強型移動寬帶）
URLLC：ultra-reliable low latency commucations(超可靠低延遲通信)
Multisensory XR Applications:多傳感器擴展現實
Connected Robotics and Autonomous System(CRAS)–互聯機器人和自主系統
Wireless Brain-Computer Interactions(BCI)–無線腦機互動
Blockchain and Distributed Ledger Technologies()DLT --區塊鏈和分布式賬本技術
Quality-of-physical-experience(QoPE)–物理體驗質量
mMTC(Massive Machine Type Commucation)–大規模機器型別通信
3CLS–Commucations,Computing,Control,Location and Sensing(通信、計算、控制和傳感)
MBRLLC（Mobile Broadband Reliable Low Latency Commucation）–移動寬帶可靠低延遲通信
mURLLC(Massive Ultra-reliable and Low Latency)–巨型超可靠低延時通信
HCS(Human-Centric Service)–人本服務（以人為中心的服務）
Multi-purpose 3LCS and energy services–MPS(多用途3LCS和能源服務)
LISs–Large Intelligence Surfaces–大型智能表面

A Vision of 6G Wireless Systems:Applications,Trends,Technologies,and Open Research Problems

對6G技術的展望

這篇文章的目的是作為一個基礎來激更多關于6G技術的研究，主要貢獻是對6G系統進行了展望，開篇說5G的部署暴露了系統的固有局限性（但未具體說明），5G的缺點推動了6G無線系統的定義，本文主要是提出了一個定義6G系統的原則，本文首先確定6G系統的主要驅動因素（以后的應用和伴隨的技術趨勢）然后提出了新的服務型別，并且說明了他們的目標性能需求以及發展趨勢，【雖然5G能夠支持基本的IOE(萬物互聯)和URLLC（ｕｌｔｒａ-reliable low latency communications,超可靠低延遲通信），但是由于新的IOE技術（XR（ｅｘｔｅｎｄ reality擴展現實技術（AR/MR/VR）））到遠程醫療、飛行器以及腦機介面、區塊鏈和分布式賬本技術等,5G 不一定能夠支持】，6G的驅動力將是過去的趨勢（密度化、更高速率和大規模天線以及新興趨勢（包括新服務和最近在無線設備（智能穿戴、植入式設備以及擴展現實設備））的改革）的融合，其中多傳感器擴展現實、互聯機器人和自主系統（CRAS） 、無線腦機互動和區塊鏈以及分布式賬本技術是評估6G無線系統的革核心指標，
接著說明了新應用的產生會導致新的驅動趨勢：
趨勢1：More Bits,More spectrum,More Reliability(更多位元、更寬頻譜和更高的可靠度)
6G應用需要更高的資料傳輸速率和更寬的頻譜以及更高的可靠性，
趨勢2：From Areal to Volumetric Spectral and Energy Efficiency(從區域光譜到體積光譜和能源效率) 6G的3D特性需要朝著體積而非面積帶寬的定義出發，
趨勢3：Emergence of Smart Surfaces and Environments–智能表面和環境的出現
使用類似電磁活性的大型智能表面和環境進行無線通信將推動6G體系結構的發展，
趨勢4：Massive Availability of Small Data–小資料的大規模可用性
這一趨勢推動了超越經典大資料分析的新機器學習技術
趨勢5：From Self-Organizing NetWorks(SON) to Self-Sustaining Networks–從自組織網路到自我維護網路，CRAS和DLT技術迫切需要智能子系統來管理網路操作、資源以及優化，所以6G需要從自組織網路轉變為自維護網路，
趨勢6：** Converegence of Commucations,Computing,Control,Localization, and Sensing–通信、計算、控制定位和感知系統的統合**
趨勢7：End of Smartphone Era–智能手機時代的終結
可穿戴設備、智能人體植入物等可以直接從人類感官種獲取輸入，從而終結智能手機
這些新趨勢帶來的新的目標和要求要分兩個階段實作，beyond 5G revolution and a revolutionary 6G step(超越5G的演進和革命性的6G步驟)

下圖為5G、超5G以及6G的各項需求指標

文章接著闡述了新的6G服務類別
1 Mobile Broadband Reliable Low Latency Communication(MBRLLC)----(移動帶寬可靠低延遲通信) MBRLC概括了經典的URLLC和ｅMBB服務,能源效率是MBRLLC的核心
2 Massive URLLC(巨型超可靠低延時通信):6G對URLLC進行了擴展,產生了一個新massice URLLC (MURLLC)
3 HCS(Human Centric Services,HCS)–人本服務
人本服務需要QoPE(物理體驗指標)來衡量,網路性能有用戶的生理和行為決定.

4 Multi-Purpose 3CLS and Energy Services–多用途3CL和能源服務
這種服務對CRAS(互聯機器人–自主系統)等應用極其重要.
下圖是對6G服務型別、性能指標以及應用例子所作總結

接著說明了支持6G服務型別實作的技術
1 Above 6GHz for 6G—from Small Cells to Tiny Cells(超過6GHz的6G–從小單元到微型單元)
由于6G對更高資料速率的需求使得人們探索低于6GHz的更高頻段
2 Transceivers with Integrated Frequency(集成頻段的收發器)
單個密集高頻小單元無法提供6G所需的無縫連接所以需要一個集成頻段的收發器，
3 Communication with Large Intelligent Surfaces(與大型智能表面通信): 根據趨勢3以及趨勢7的發展需求

4 Edge AI --邊緣人工智能
SSN、MPS等支持6G系統的功能更將會由‘collective network Intelligence’(集成網路智能加以補充)，即網路人工智能被推到邊緣，
5 Integrated Terrestrial,Airborne,and Satellite Networks:集成的綜合地面、機載和衛星網路
6 Energy Transfet and Harvesting(能量收集和轉移):
7 Beyond 6G（超越6G）
6G之外的技術也能促進6G技術的發展，例如量子計算與通信，其他類似的技術包括射頻和非射頻鏈路（如光學、神經、分子和其他通道）
然后為這些技術的研究方向提供了日程規劃
1 3D Rate-Reliable-Latency Fundamentals(3D速率可靠性延遲基礎)：6G系統的基本3D性能，在速率可靠性延遲權衡和SEE方面，是必須的
２　　Exploring Integrated,Heterogeneous High-Frequency Bands(探索集成的,異質的高頻帶):
還有一個重要的方向是研究THz,mmWave,如微波電池在所有層的共存,建立早期的研究作業
3 3D Ｎetworking(3D網路)
由于地面,機載以及衛星網路的集成,6G必須支持3Ｄ空間的通信.
4 Communications with LIS(與大型智能表面的交流):
可以利用基于LIS反射表面來增強微小細胞的范圍和覆寫范圍,并動態的改變傳播環境
5 　AI for Wireless(無線人工智能)
需要在6G上使用可靠的ML(Machine Learning)演算法來實作之前提到的應用,例如無線腦機介面,互聯機器人自主網路等
6 QoPE Metrics(物理體驗質量指標):
新設備的出現不僅需要真實世界的物理實驗,也需要新的嚴格的QoPE數學運算式
7 Joint Comucation and Control(聯合通信與控制): CRAS的操作是由實際控制系統控制的,需要從無線6G鏈路輸入資料,所以在6G上操作CRAS需要通信和控制協同設計,從而優化6G無線鏈路的性能以滿足控制系統的穩定性.
8 3LCS: CRAS,XR以及DLT等應用都需要3LCS技術.
9 6G Protocol Designs(6G 協議的設計):6G無線通信的產生需要對應的協議.
10 RF　ａｎｄ Non-RF Link Integration(射頻和非射頻鏈路集成)
11 Holographic Radio(全息無線電):
全息射頻可以通過空間光譜全息和空間波場合成來控制整個物理空間和電磁場的全倍訓,這大大提高了頻譜利用率和網路容量.
下圖現實了實作6G的必要基礎和相關分析工具
下圖是對6G中研究領域的總結

最后為6G的研究路線提供了具體的建議，
建議1:實作6G的第一步是在高頻毫米波頻段和更高頻段(THz)實作MBRLC和移動性管理
**建議2:**6G需要從以無線電為中心的設計(即3GPP)轉向在AI驅動的智能基板的協調下進行端到端3CLS設計.
建議3 : 6G不再是探索額外的高頻頻譜來提供更多的能量,相反,它是由不同的應用,技術,和技術組合來驅動.
建議4: 6G將從智能手機基站模式過渡到智能表面與人類嵌入式和植入式設備通信的新時代
建議5: 6G的性能分析和優化需要在3Ｄ空間中進行操作，并從簡單的平均化轉向處理尾部，分布式和ＱoPE的細粒度分析.