面向多维立体全场景的6G绿色无线接入网白皮书

面向多维立体全场景的6G绿色无线接入网白皮书参与单位北京邮电大学电子科技大学华为技术有限公司中国移动通信有限公司 前言随着5G网络的大规模商用，人工智能（AI）、云计算、边缘计算的发展加速了信息技术、通信技术和数据技术（ICDT）的深度融合，同时也推动整个社会走向数字化、信息化、智能化。目前，6G研究的序幕已经拉开，得到了学术界和产业界的广泛关注。6G将进一步深化现有5G的人工智能与无线网络的融合，作为一种新型的综合战略基础设施，推动工业互联网、能源互联网、智能交通、智能医疗等垂直行业的数字化和智能化。在未来移动通信向全场景应用发展、ICDT走向深度融合等重要趋势下，面向6G网络架构的变革与发展需求，6G无线接入网络将不再是单纯的通信网络，而是集通信、感知、计算为一体的信息网络，同时空天地等多种接入域、多种网络域深度融合，需支持多维立体全场景下不同无线接入方式，固定/移动/卫星/无人机（UAV）等多连接类型以及多服务类型。为使能“万物智联，数字孪生”，6G网络需要支撑智慧内生、泛在连接、多维融合，传统的集中式智能计算架构已经不能满足低延迟高可靠的通信和计算要求，难以高效支撑未来6G网络泛在智能的需求。这些都对6G无线接入网络架构设计提出了重大挑战。另外，为了更好地支持6G新兴无线业务，6G无线接入网还需要动态、灵活地对用户需求和时变环境的智能深度感知，在有限资源、给定网络能力下更加轻量化、高效智能地满足无线网络动态、时变的差异化服务质量（QoS）需求和不同特定场景的业务需求。 本白皮书将从6G无线接入网（RAN）所面临的全新需求与挑战出发，面向ITU-R提出的6G网络愿景，重点介绍6G多维立体全场景服务下的新型绿色无线接入网络架构，包括无线接入网侧的新型逻辑功能架构及场景部署架构。部署架构中包含高低频协作无线接入、空天地融合无线接入和无线内生智能接入三个主要的部署场景。然后介绍该RAN架构两方面的关键使能技术——6G多网共生融合技术和6G无线接入内生智能技术。最后对6G无线接入网在未来的研究和标准化工作进行了展望。本白皮书为国家研发计划重点专项“宽带通信和新型网络”项目《6G网络架构及关键技术》（项目编号：2020YFB1806800）资助成果。 目录16GRAN需求挑战与技术趋势.............................................................................................11.1需求.............................................................................................................................11.2挑战.............................................................................................................................31.3技术趋势.....................................................................................................................526G多维立体全场景服务下新型绿色无线接入网络架构..................................................82.1设计理念.....................................................................................................................82.2逻辑功能架构.............................................................................................................92.3场景部署架构...........................................................................................................132.4架构特征——绿色、多维、立体和全场景服务...................................................203使能技术——6G多网共生融合技术...............................................................................233.1UCN异构接入技术..................................................................................................233.2高低频协作接入技术...............................................................................................263.3空天地融合无线接入技术.......................................................................................293.4多维接入网络资源智能编排...................................................................................314使能技术——6G无线接入内生智能技术.......................................................................344.1无线分布式协同智能框架.......................................................................................344.2有中心模型聚合协同接入技术...............................................................................38 4.3全分布式模型聚合协同接入技术...........................................................................394.4分布式智能框架下的资源管理...............................................................................405总结与展望..........................................................................................................................43参考文献..................................................................................................................................44 116GRAN需求挑战与技术趋势1.1需求5G网络的商用激发了人们对下一代移动网络的想象和期待。6G在5G基础上，将从服务于人、人与物，进一步拓展到支撑智能体的高效互联，将实现由万物互联到万物智联的跃迁，将持续提升人们的生活品质，促进社会生产方式的转型升级，并且为人类社会可持续发展的终极目标做出贡献。一方面，新业务与新应用将被开发出来，它们需要更高的网络性能，如更高的数据速率、更低的时延，这些都超出了5G无线接入网的能力范围。另一方面，需要更敏捷的网络服务能力，尤其是对于5G无法高效支撑的ToB业务，需要满足其业务快速上线需求。再者，新涌现出的业务具备明显的个性化需求，无线接入网需要具备灵活适配业务需求的能力，实现网络功能按需定制，资源按需配置。随着大数据、云计算、物联网和人工智能等新一代技术和应用的发展，以及ICDT的深度融合，6G社会将逐步走向“数字孪生，智慧泛在”。6GRAN将通过提供物理空间与虚拟空间的通信服务构建人类社会、物理世界和虚拟世界融合交互、紧密连接的网络空间，通过数字化世界创造全新价值，实现“6G改变世界”的美好愿景。2030年及以后，在数字孪生世界和智慧泛在的背景下，移动通信的应用场景将会呈现出全新的特点，支持无处不在的无线连接、大数据和人工智能等全新的技术，并催生出智享生活、智赋生产、智焕社会3大方面的应用场景，包含空天地一体化、通感互联、智能交互等。6GRAN将不再 2仅局限于提供通信的功能，而是随着感知-通信-计算-AI-安全融合的大趋势，从传统单一的功能拓展到提供感知、计算、AI和安全等新的网络能力。国际电信联盟无线电通信部门于2023年6月在第44届ITU-RWP5D会议通过了《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》，该建议书对5G原有三大应用场景进行增强和扩展，包含沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接等六大典型场景。沉浸式通信场景涵盖了为用户提供丰富的互动视频（沉浸式）体验的用例，包括与机器界面的互动；超大规模连接场景涉及连接大量的设备或传感器；极高可靠低时延场景涵盖了预计对可靠性和延迟有更严格要求的专门用例；人工智能与通信的融合场景将支持分布式计算和人工智能驱动的应用；感知与通信的融合场景促进了需要传感能力的新应用和服务；泛在连接场景旨在加强连接性，以缩小数字鸿沟。同时，空天地融合组网也是未来的一大趋势，卫星网络、无人机网络等将是地面网络的重要补充，实现天基、空基、陆基等各类用户接入与应用，能够在任何地点、任何时间、以任何方式提供全场景的信息服务。并且随着AI技术的发展，网络的智能也将在网络运维、资源编排、空口调度等方面释放出更大的潜力，为智慧社区、医院、工厂等不同用户场景下的多维度异构业务需求提供通信、感知、计算、存储等一系列能力的按需服务，真正实现AI不再是“外挂式”的存在，而是内生于网络，从而更好的为网络提供服务。因此为了满足未来业务和应用发展的需求，6GRAN的设计需考虑新型网络架构，以在更多维度上取得网络能力的突破，实现极致的性能追求。 31.2挑战5G技术满足了人们对大宽带、高数据速率、大连接密度、低延时的通信需求。在未来6G系统中，上述技术将会继续得到增强，并扩展更多的应用场景。面向2030年，6G业务和应用将朝着需求的多样化、覆盖的立体化、交互形式与内容的多样化、业务的开放化和定制化、以及通信计算、AI和安全的融合化的方向发展。然而，当前无线接入网络在网络架构设计、组网模式和资源管理上存在不灵活智能、融合网络之间信息交互复杂、开销大且低效能等问题，无线接入网络由5G向6G的演进中将面临诸多的挑战。1.网络架构设计不够灵活现有网络主要采用一体化的结构，这导致网络的建设完全是按覆盖的要求进行规划和建设，基站形态单一，网络管理和维护的方法比较传统，网络运维效率较低，网络结构单一固化，这些特点导致了网络部署的高成本和高功耗问题。另外，由于现网支持2G/3G/4G/5G多网共存与互操作，在提供更高吞吐量和更好的业务连续性保障的同时也增加了更多的网络功能、交互流程、管理策略和异常因素，使得网络架构与管理更加复杂。因此需要6G及其后续网络在网络架构设计方面发展自我演进能力，以智能