6G新型多址接入技术白皮书

6G新型多址接入技术白皮书（2023年）中国移动通信集团有限公司编制单位：中移智库、中国移动通信研究院、中关村泛联移动通信技术创新应用研究院 中国移动6G新型多址接入技术白皮书（2023）I前言伴随着物联网技术的持续发展，物联网终端的种类、数量、性能要求也日趋丰富。未来6G海量连接、密集紧要连接、空天地一体以及大容量通信等场景，都对下一代移动通信网络中的多址接入技术提出了更高的挑战和要求。本白皮书从6G多址接入新场景和需求出发，在分析总结该技术方向理论突破的基础上，列举了6G海量多址接入技术的潜在演进路线，并从性能、复杂度和可扩展性三个方面对不同技术路线的优劣势进行了分析，最后给出了未来6G多址接入技术优化的方向和需要考虑的工程实际问题。本白皮书版权受法律保护，任何单位和个人转载、摘编、引用或其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明来源。 中国移动6G新型多址接入技术白皮书（2023）II目录前言..................................................................................................................................................I目录.................................................................................................................................................II1.愿景需求和应用场景...................................................................................................................31.1.海量连接场景................................................................................................................31.2.密集紧要连接场景........................................................................................................51.3.空天地一体化场景........................................................................................................61.4.大容量场景....................................................................................................................81.5.需求总结........................................................................................................................92.海量连接理论研究的近期突破.................................................................................................122.1.海量高斯多址接入的理论性能..................................................................................132.2.海量瑞利多址接入的理论性能..................................................................................152.3.中断概率分析..............................................................................................................163.海量连接的多址接入技术.........................................................................................................183.1.稀疏IDMA+压缩感知...............................................................................................183.2.BCH+FEC级联码........................................................................................................223.3.压缩感知编码..............................................................................................................243.4.基于符号级的线性扩展和盲均衡..............................................................................254.技术路线筛选与实际设计考虑.................................................................................................274.1.技术路线筛选..............................................................................................................274.2.优化方向......................................................................................................................284.3.实际设计考虑..............................................................................................................295.总结与展望.................................................................................................................................31参考文献...........................................................................................................................................32缩略语列表......................................................................................................................................35 中国移动6G新型多址接入技术白皮书（2023）31.愿景需求和应用场景5G时代重点研究了三大场景，海量机器通信、超高可靠低时延通信和增强型移动宽带。海量机器通信需支持百万连接/平方公里，超高可靠低时延通信支持1ms的时延，可靠性达到99.999%。增强型移动宽带最大速率达到20Gbps(Gigabitspersecond，千兆比特每秒)。随着移动通信技术的发展，这些技术指标难以满足未来网络的需求，时代呼唤新的移动通信技术的出现。随着移动通信系统的持续发展，6G（6thgeneration）将会支持新的场景和新需求，这也需要多址技术继续演进，以满足6G新场景的需求，例如进一步提升系统容量，提高连接密度，降低系统的功耗和成本，降低接入时延等[1][2]。本节将从以下4个场景初步分析新型多址接入技术的指标需求。图1-1新型多址接入的四大应用场景如图1-1所列，四大场景都对新型多址提出了不同的要求，需要解决的问题也不尽相同。其中的海量连接场景是未来物联网场景的延伸和扩展，随着物联网的极速发展，需要迫切解决一些技术难题，将是本白皮书最关注的场景。1.1.海量连接场景海量机器类通信（massiveMachineTypeCommunication,mMTC）是5G（5thgeneration）三大典型应用场景之一，面向2030年及未来，6G将在5G典型应用场景的基础上进行深化，进一步构建超大规模连接，扩展全新的应用领域和能力边界。 中国移动6G新型多址接入技术白皮书（2023）4从终端数量来看，传统智能手机业务将保持稳定增长态势，同时随着物联网设备在个人消费、人工智能、智慧交通、智慧城市、智慧医疗、数字孪生等领域的应用，面向智能生活和面向工业生产的物联网终端设备有望呈现爆发式增长。根据IMT(InternationalMobileTelecommunications)-2030（6G）推进组预测，面向2030年商用的6G网络中将涌现出智能体交互、通信感知、普惠智能等新业务、新服务，预计连接密度将达到每平方公里一千万个连接或者更大的连接数[1]。海量连接场景具有海量接入和零星活跃的特点，即潜在的接入终端数量巨大，但其中大部分终端仅产生零星的、突发的上报消息。6G超大规模连接设备的传输速率将从低到高不等，数据包的传递频次根据具体应用也存在较大差异，5GmMTC业务模型[3]给出的终端数据发送频率为1message/2hours/device，IMT-2030（6G）推进组提到了在超大规模连接场景中终端数据发送频率从一天一次到几毫秒一次不等[1]。海量连接场景有着众多领域的应用，在不同的应用场景下，根据业务特征不同，终端设备进行数据发送的频率也会有所差异。这里以数据发送频率为1message/30seconds/device为例进行分析，结合每平方公里1千万的连接数，假设一个宏站可覆盖1平方公里的面积，那么可以估算出每个宏站需要在1毫秒的时间内完成大约300个小数据包的接收。如果采用5GNR（Newradio，新空口）中现有的4-step或2-step接入方式，等完成接入之后才进行数据传输，为每个突发、短暂的消息上报过程建立并维护通信链路，容易造成移动通信系统接入网的过载以及信令拥塞，从而导致终端接入时延增大，甚至服务中断，带来严重的时延和信令开销；另一方面，拥塞环境下终端可能需要尝试多次才能接入网络，也会显著增加消息上报的功耗，非常不利于低成本低功耗的物联网终端。因此，在设计6G中的接入技术时，为了能够支持海量连接场景，需要引入新型多址接入技术，简化接入过程，降低信令开销和终端功耗。6G新型多址在海量连接场景需要解决和关注的问题，如何支持超多用户的随机接入(几十到几百)，低碰撞概率的导频设计，低复杂度且高性能的用户激活检测，高精度的多用户信道估计，能有效降低多用户干扰支持超多用户的数据传输方案。 中国移动6G新型多址接入技术白皮书（20