6g愿景与设计目标及关键技术支柱

前瞻性............................................................................................16缩写...............................................................................................................17作者....................................................................................................................... 18目录参考.................................................................................................................... 16摘要..............................................................................................................2O-RAN架构.........................................................................................26g愿景和设计目标............................................................................. 3关键技术支柱和注意事项.........................................................44.1网络架构考虑................................................................................................................ 4 4.2基于服务的RAN............................................................................................6 4.3人工智能.......................................................................................................................8 4.3.1 跨域人工智能协作.............................................................................................10 4.3.2 大模型..........................................................................................11 4.4 频谱共享............................................................................................ 12 4.5 可持续性与节能....................................................................14 1/181.2.3.4.5. 2. O-RAN架构1. 摘要O-RAN联盟于2018年由AT&T、中国移动、德国电信、NTT DOCOMO和Orange共同创立。自那时起，O-RAN联盟已成为全球移动网络运营商、供应商和从事无线接入网（RAN）行业的研究与学术机构的社区。其使命是重塑RAN行业，朝着更智能、开放、虚拟化和完全可互操作性的移动网络发展。O-RAN利用了3GPP中定义的大部分物理特性，以维护统一和健康的生态系统。O-RAN规范将网络实体进行拆分，并定义了接口，以促进多供应商联合开发和互操作性测试产品。国际电信联盟定义了IMT-2030框架及相关时间表，行业根据此启动了6G研究。O-RAN也在nGRG中启动了6G研究，旨在标准制定前制定6G相关观点。除了先进特性外，O-RAN的灵活架构能为未来6G网络提供一些独特优势，包括网络智能的可编程架构、基于服务的RAN设计、足够的网络功率优化、灵活的频谱共享等。以下是 O-RAN 联盟定义的 O-RAN 架构概述[1]。O-RAN 利用 3GPP 定义的接口，同时也定义了一些新的接口，因为它将 RAN 功能划分为 O-CU、O-DU 和 O-RU。本文基于O-RAN nGRG讨论，简要介绍了部分关键的6G技术支柱。为便于读者理解技术问题与考量，本文在第二节介绍了O-RAN架构。我们还在白皮书末尾提供了对6G时代O-RAN的前瞻性展望。 2/18 3/183. 6G愿景和设计目标IMT-2030的应用场景预计将在IMT-2020（即推荐书ITU-R M.2083中引入的eMBB、URLLC和mMTC）的应用场景基础上进行扩展，以更广泛的需求，需要演进和新的能力。除了扩展IMT-2020的应用场景外，IMT-2030预计还将启用由人工智能和传感等能力引起的新应用场景，而之前几代IMT并未设计用于支持这些能力。在架构中，无线接入网智能控制器（RIC）是用于以近实时或非实时方式启用控制的逻辑功能。网络控制功能根据所需的时间尺度分为两个实体。E2是连接5G RIC和开放5G核心网通用网关的接口，大多数网络智能功能都通过E2连接。开放组网通用数据网关和开放组网无线网关是两个表示网络开放性的重要实体。根据O-RU支持的功能，存在几种拆分选项。运营商可以使用不同的应用程序编程RIC功能，多个应用程序可以灵活地启用不同的网络功能。国际电信联盟-无线电通信部门（ITU-R）定义了IMT-2030框架[2]，该框架包括6G的应用场景和能力。该框架建议是6G最重要的指导之一，将被作为3GPP和其他标准开发组织（SDO）制定6G标准的参考设计指南。IMT-2030的应用场景包括沉浸式通信、超高可靠性和低时延通信、海量通信、泛在连接、人工智能与通信、以及融合感知与通信。 4/184. 关键技术支柱和注意事项4.1网络架构考虑O-ran的网络架构通过拆分ran功能并定义标准接口提供了最大的灵活性。与5g相比，6g的使用场景翻倍，O-ran的灵活性将成为进一步创新的良好基础。在论文的第3节，我们讨论了6g设计的一些突出技术支柱，并分析了挑战和潜在的解决方案。在6G的背景下，原生人工智能的集成需要一个高效便捷的方法来无缝整合人工智能元素。此外，差异化的6G服务需要不同的网络资源。因此，可编程性成为推动6G架构发展的一个有希望的解决方案。6g网络连接了物理世界和数字世界。越来越多的流量将在6g网络的边缘发生。未来6g网络潜在的特有功能是智能化、可编程性和资源共享。智能是6G架构的关键使能技术，原生AI引起了学术界和工业界的更多关注。为了实现原生AI，6G架构中应考虑相关接口（例如，E2）和流程（例如，AI/ML流程）。第3.3节详细描述了原生AI。 5/18资源池化在6G架构中发挥着重要作用。资源仍然是异构的，它由通用资源和专用资源组成。通用资源是通用的标准化硬件（即基于X86或ARM CPU的工业服务器），以及具有可扩展性的多样化硬件芯片，包括加速器和时钟资源芯片，以及用于AI模型训练的图形处理单元（GPU）。对于无线接入网络（RAN），需要高速处理和大量的专用资源，例如用于编码和解码的现场可编程门阵列（FPGA）。时钟资源用于实现网络元素和用户设备之间的同步精度。专用资源（例如ASIC芯片）为具有大容量和超高性能要求的小部分设施提供专业服务。可编程性包含三个关键组件：参数、数据和算法。可编程参数通过可编程框架和通用接口促进 6G网络参数的无缝适配。可编程数据涉及为 AI 算法训练构建数据集和探索网络功能中的数据关系。此外，数据可以通过相关安全方法安全地提供给第三方。可编程算法定义不同场景下的输入和输出数据格式。网络功能和第三方可以在上述输入和输出的主题和安全检查下，通过可编程框架嵌入或替换 AI 算法。为促进此过程，需要一个可编程框架来有效部署和管理这些算法。该框架应包含一套全面的可编程接口和功能模块，实现无缝集成和操作。此外，可编程算法确保 6G 网络动态适应各种场景的要求。例如，如果消费者从 RAN 寻求高吞吐量，AI 算法将整合 RAN 切片。类似地，对于优先考虑服务质量 (QoS) 的消费者，AI 算法将集成 QoS 优化。为了实现可编程的ran，逐步开放ran内部传统上封闭的协议栈至关重要。这包括在协议栈级别增强功能，并标准化和通用化新开放的接口。在原生ai持续演进的大背景下，可编程ran催化了向更开放、更智能的ran愿景的进步。通过采用可编程性，ran能够有效地适应动态网络需求，促进创新，并充分发挥原生ai的全部潜力。 2)在不降低影响的情况下，带来新的端到端网络交互方式基于服务的 RAN 的优势包括：4.2基于服务的RAN历史上，RAN架构主要设计用于保障传统ToC业务的连接服务，使用相对封闭的协议但具有专业化的性能优势。随着5G和6G引入更多场景和服务，以及IT技术在移动网络中的集成，RAN架构需要演进以提供更灵活、适应性更强的网络。O-RAN正在定义更开放的架构，构建RAN的统一云平台，标准化更多开放的接口，并引入智能功能。当前云RAN的实施仅改变了软件的运行平台，而非改变了RAN的软件架构。这种RAN架构对云不友好，无法充分利用云原生的优势。1) 网络功能的灵活和弹性部署，快速升级和扩展网络能力，实现更多业务场景；云ran是第一步，ran系统可以进一步演进。5g核心网中的sba可以作参考。服务化ran的目标是将ran功能重构为可组合和可重用的网络服务，并使用与ran内部服务和cn统一的接口，以实现完全的云原生架构。 6/18 基于服务的RAN架构设计需要考虑以下方面：图4 基于服务的RAN概念基于服务的 RAN 功能服务粒度跨域新功能介绍于现有服务；3) 更加及时、多维度地开放无线网络功能；4) 与CN服务集成管理和编排，降低网络运维的复杂性，提高网络适应新业务的能力。5g ran可以从功能上分为控制面和用户面，也有控制面和用户面分离的概念，但在部署层，它仍然采用单模方式。控制面主要包括连接管理、会话管理、移动性和测量等功能，用户面则包括数据包的处理。在不同的功能面上有不同的考虑。对于控制平面，服务化可以将现有的控制面功能根据耦合程度重构为更细粒度的服务，并且不同的服务可以按需组合和灵活地部署在不同的场景和区域。例如，在车联网场景中，移动管理服务适合集中部署以优化移动体验。同时，控制面的基于服务的功能可以实现直接接入核心网控制面，减少不必要的信令转发，与其他核心网服务的交互可以从串行交互变为并行交互，优化控制面的信令处理过程。对于由原始 RAN 功能重建的 RAN 服务粒度至关重要。粒度越小越灵活，但它可能会带来性能和效率问题。5G 核心网服务化架构的实施包括两个层级：NF 和 NF 服务。NF 之间相互通信，内部 NF服务可以共享数据库，这降低了复杂性，并且与微服务架构也不同。考虑到内部功能关联性和复杂性，RAN 可以最初以类似核心网络的方式重建。 7/18 8/18基于服务的接口4.3AI人工智能（AI）被提议为最具 powerful technologies之一。优化信令流程有助于提升网络性能，例如延迟和效率。另外，对于特定服务的极端需求，它