《5G移动通信》课件-项目七 下一代移动通信技术

项目七下一代移动通信技术任务一6G移动通信系统的需求和挑战任务二6G支撑理论和关键技术任务一6G移动通信系统的需求和挑战7.1.16G移动通信系统的需求人们对美好生活向往的需求是移动通信系统持续发展的动力，也是下一代移动通信系统发展努力的方向。第六代移动通信系统6G（the6thGenerationMobileCommunicationsystem），是5G的下一代移动通信技术。全覆盖全频谱全应用6G系统将实现人、机、物协同通信和超密集连接，并向天地融合发展，以实现全覆盖，应用边际持续扩大，覆盖亟需更深更广在深耕低频段、超低频段的同时，6G系统将向毫米波、太赫兹和可见光等高频发展6G将面向全社会、全行业和全生态实现全应用，与人工智能、大数据深度交叉融合，颠覆现有技术途径。任务一6G移动通信系统的需求和挑战7.1.16G移动通信系统的需求全球首届6G峰会在芬兰举办，推出《6G无线智能无处不在的关键驱动与研究挑战》白皮书，给出6G系统的需求：（1）随着新型传感器技术、图像处理技术、视频处理技术、显示和成像技术的发展，通过超高的网速实现超高的分辨率、帧速率，并能提供虚拟现实、增强现实、混合现实服务，与我们感官和运动实现无缝连接；（2）高分辨率的成像技术、可穿戴显示设备、超高速的无线网络将使实时捕捉、传输和渲染3D图像的远程全息成为现实。这将会在远程办公、远程教育、协作设计、远程医疗、高级三维模拟和训练中广泛应用；（3）2030年以后，全球将有百万级以上自动驾驶车辆、无人船和无人机将接入通信网络，这些自动驾驶车辆、无人船和无人机装备大量传感器，包括激光、红外、雷达、摄像机、GPS等，感知环境参数，选择最优路径，完成指定任务。任务一6G移动通信系统的需求和挑战7.1.16G移动通信系统的需求6G三大场景包括1甚大容量与极小距离通信包括超越AR/VR、全息通信、高吞吐量（>Tbps）、全息传送（<5ms）、数字感官、定性沟通协调流等；2超越“尽力而为”与高精度通信包括无损网络、吞吐量保证、时延保证（及时保证/准时保证/协调保证）、用户—网络接口；3融合多类网络包括卫星网络、互联网规模的专用网络、移动边缘计算、专用网络/特殊用途网络、密集网络、网络—网络接口、运营商—运营商。任务一6G移动通信系统的需求和挑战7.1.26G移动通信系统的愿景6G系统目标是满足10年后的信息社会需求，6G系统愿景可表征为：“智慧通信”“深度认知”“全息体验”和“泛在连接”，实现无缝融合的人与万物智慧互联。任务一6G移动通信系统的需求和挑战7.1.26G移动通信系统的愿景利用AI先进理论和技术来解决通信系统中一系列问题，实现赋能智能通信，包括网元与网络架构的智能化、连接对象的智能化、承载的信息支撑智能化等业务。深度感知：触觉网络；深度学习：深度数据挖掘；深度思维：心灵感应等。全息通信、高保真AR/VR、随时随地无缝覆盖的AR/VR。实现全地形、全空间立体覆盖连接，即“空—天—地—海”随时随地连接。对比“深度认知”，“泛在连接”强调地理区域的广度。任务一6G移动通信系统的需求和挑战7.1.36G移动通信系统的挑战超高峰值速率业务6G系统将采用新频谱，进一步提升峰值速率，峰值速率将高达到Tb/s级别。面向未来，人们对移动互联网大流量应用（AR、VR、触觉互联网、全息体验等）的需求及万物互联的速率需求将十分巨大。超海量接入需求到2030年，将有上千亿部移动设备实现互联；物联网应用领域将扩展至各行各业，M2M终端数量将大幅激增，应用也将无所不在。超高能耗问题未来6G系统拥有超海量、无处不在的无线节点和传感器，将带来超高能耗问题。超广泛在通信网络即空天地海泛在通信网络。6G系统将向空天地海空间不断延伸，为人们提供无处不在、无时不在的信息基础设施，真正实现随时随地的连接及通信需求。任务一6G移动通信系统的需求和挑战7.1.36G移动通信系统的挑战空天地海一体化通信的目标是扩展通信覆盖广度和深度,也即在传统蜂窝网络的基础上分别与卫星通信(非陆地通信)和深海远洋通信(水下通信)深度融合。任务二6G支撑理论和关键技术7.2.16G系统支撑理论支撑6G系统最具可能性的基础理论包括空间信息论、压缩感知理论和人工智能理论等。空间信息论空间信息论是由香农理论发展而来的信息论的基本理论，它主要是应用概率论、随机过程和现代数理统计方法研究信息提取、传输和处理的一般规律，以提高信息系统的有效性和可靠性。研究者将所能获取到的距离、方向和幅度信息统称为空间信息，从而开展研究空间信息论。现将联合互信息统一描述如下：采样信号含有目标的距离、方向和幅度信息，因此目标获取的空间信息可以定义为接收信号与距离、方向和幅度矢量的联合互信息。6G系统中采用空天地海泛在通信网络，使用新频谱、超大规模天线技术、非正交多址接入、定位技术等，包含大量理论基础问题，其中最核心的基础问题就是空间信息论。任务二6G支撑理论和关键技术7.2.16G系统支撑理论压缩感知压缩感知（CompressiveSensing，CS）理论是近年来诞生的一种新的信号处理理论，主要包括了稀疏信号的采集与恢复技术。压缩感知理论通过分析信息在信号中的结构，充分利用压缩感知的稀疏性或可压缩性，对信号进行采集的同时进行适当压缩，以达到降低数据处理、数据存储以及数据传输成本的目的。压缩感知理论主要可以分为三个部分：首先是稀疏信号的表示；其次是测量矩阵的设计；最后是恢复信号的重构算法设计。在未来6G移动通信系统中，压缩感知理论可广泛应用于超大规模天线设计、无线触觉网络、超宽带频谱感知等。任务二6G支撑理论和关键技术7.2.16G系统支撑理论人工智能6G时代的移动通信系统面向“万智互联”，将形成具备智慧的移动网络。面对高速率、低时延的6G移动通信网络，可以预见在未来通信中存在大数据传输、大数据处理以及大数据存储等，将大量使用强化学习、深度学习等人工智能方法，以智能高效的方式处理大数据和管理无线移动通信资源。任务二6G支撑理论和关键技术7.2.26G系统关键技术太赫兹通信太赫兹频谱是随着当前频谱资源枯竭而发展起来的全新频谱资源，指频率在0.1-10THz范围内的电磁波。太赫兹频谱通信具有频谱资源带宽宽、传输时延低、传输速率高等优势，是未来6G移动通信系统极具吸引力的宽带通信技术。太赫兹频谱既有微波的特性，又有光波的特性，主要表现为穿透性强、带宽宽、低量子能量等，对于未来6G移动通信系统中的大数据实时传输是一种不可多得的有效技术手段。任务二6G支撑理论和关键技术7.2.26G系统关键技术与微波通信相比，太赫兹通信具有载波频率更高，穿透能力更强；传输带宽更宽，能获得更大的信息传输容量；波长更短，更容易将设备小型化、便携化。与激光通信相比，太赫兹通信具有大气吸收能力强的特点，对于短距离空间保密通信更有效；波束宽度适中，太赫兹通信对于平台的稳定性。德国卡尔斯鲁厄理工学院研制的太赫兹通信系统任务二6G支撑理论和关键技术7.2.26G系统关键技术可见光通信可见光通信技术是将高速互联网架设在照明设备上，利用肉眼无法区分的光照闪烁来传递信号信息，这种短距离无线通信方式能够覆盖室内灯光达到的范围，对于任意家用的物联网设备，不再需要进行有线连接。可见光通信技术能有效解决当前射频通信频带紧张的问题，因此可见光通信技术具有广阔的实际应用需求和研究价值。任务二6G支撑理论和关键技术7.2.26G系统关键技术可见光通信可见光通信技术具有广泛的应用场景：室内无线局域网、水下可见光通信以及卫星之间的可见光通信等，可见光通信在未来移动通信中具有无可替代的作用，值得研究者们进行深入的可见光通信技术研究，并针对不同的应用场景给予特殊的优化处理。任务二6G支撑理论和关键技术7.2.26G系统关键技术非正交多址接入非正交多址接入（Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA）技术的核心思想是在发射端为每一个用户分配非正交的通信资源。其发射端变现为不同的用户在时域、频域或者码域上叠加传输，非正交多址接入技术的核心在于为接收端提供先进的接收算法以分离用户信息。该技术能够满足快速增长的用户需求，其优势主要体现在以下三个方面：（1）更高频谱效率、更大容量、更高速率；（2）实现简单、易与MIMO技术结合、可有效提升系统容量；（3）在减低功耗、延迟、实现复杂度等方面具有先天优势。NOMA系统下行链路发收端的信号处理流程任务二6G支撑理论和关键技术7.2.26G系统关键技术频谱认知技术为了解决6G移动通信系统的频谱需求，一方面，需要寻找新的频谱资源；然而，频谱资源总是有限的，充分利用频谱资源就显得尤为重要。另一方面，需要改变当前频谱资源的使用规则，提高频谱利用率。动态频谱资源共享方案中会根据自身的网络业务需求动态申请和动态释放频谱资源，尽可能实现最大频谱资源利用率。频谱资源共享方式对于频谱资源稀缺的运营商来说极具吸引力。然而，要实现频谱资源共享，将面临更多的技术挑战，其中最大的挑战就是信道间的干扰问题。任务二6G支撑理论和关键技术7.2.26G系统关键技术 新电池与无线能量传输6G时代需要固态电池、石墨烯电池等新电池技术，具备更高能量、更低成本、更长续航里程、更便于携带等特性。无线能量传输在一定条