《中国科学: 信息科学》2024年第5期: 6G专项研究进展专刊

国家重点研发计划6G专项研究自2019年启动以来已取得重要阶段性研究成果与突破. 面向2030移动通信网络, 该专项围绕6G愿景、关键技术遴选与分析、关键技术验证等方面展开研究, 形成的核心技术观点获广泛共识, 并在国际电信联盟(ITU)发布的《2030及未来发展的框架和总体目标建议书》中得以充分体现.

ITU的2030目标建议书中首次提出6G六大典型应用场景, 包含了3个5G应用场景的增强, 即沉浸式通信、超大规模连接、超高可靠低时延通信, 以及3 个新场景, 即人工智能与通信融合、感知与通信融合、泛在连接. 同时, 针对6G 应用场景需求, ITU在6G的15项技术性能指标上达成共识, 其中继承了9项5G技术性能指标, 即频谱效率、用户体验速率、峰值速率、可靠性、时延、移动性、连接数密度、区域流量密度、安全隐私韧性性能指标, 引入6项新的技术性能指标, 即感知相关指标、AI相关指标、可持续性性能指标、互操作、定位精度与覆盖. 为了满足6G技术性能指标要求, 服务未来6G典型应用场景, 6G移动通信网络需要从网络架构、空口技术、覆盖与安全, 以及通感算控多业务融合等层面发展创新理论与方法. 本专刊汇集了首批6G专项研究项目在以上4个方面所形成的主要技术观点, 以及取得的重要成果突破.

网络架构作为6G移动通信的连通基础, 肩负着支撑6G时代更加多样化的无线业务需求的重任. 文章”6G移动信息网络架构: 从通信到一切皆服务的变迁“从物理部署架构、逻辑部署架构、逻辑功能架构三方面对6G网络架构进行设计, 旨在实现6G从传统通信网络到”一切皆服务”网络的变迁. 具体地, 针对6G全场景按需服务的发展趋势, “6G智能业务网络: 愿景、架构与关键技术“和”6G全场景按需服务: 愿景、技术与展望“分别提出了”三层三面”智能业务网络架构以及”知识与意图双驱动”网络架构.

空口技术变革一直是无线通信系统代际演进的核心标志. 创新6G空口技术, 实现对现有5G技术性能指标的量级提升, 对完成6G愿景目标至关重要. 文章”面向超可靠低时延通信的有限块长MIMO传输理论与技术“和”6G无线空口传输技术研究进展与展望“介绍了有限码长多输入多输出(MIMO)信息论新发现、原创空时二维信道编码, 以及新型多址接入等空口传输技术最新研究成果. 面向6G标准, “6G信道新特性与建模研究: 挑战、进展与展望“提出基于几何统计的扩展信道模型, 兼容现有5G标准化信道模型, 同时具有良好的前向扩展性.

覆盖能力是ITU在6G中新引入的性能指标要求, 是实现6G的”泛在连接”应用场景的重要保障. 面向6G无线覆盖扩展, 文章”6G无线覆盖扩展技术“介绍了智能柔性组网架构, 实现空天地海等多场景泛在覆盖. “6G星地融合移动通信关键技术“重点关注星地融合覆盖场景, 提出星地统一无线设计概念, 以适应卫星通信与地面移动通信的不同传输特性.

通感算控融合是ITU发布的6G新应用场景, 也是实现未来移动网络万物智联、数字孪生愿景的重要途径. 文章”面向6G网络的高可靠低延时通信计算与控制“介绍了高可靠低时延约束下的通信、计算与控制耦合理论方法, “太赫兹通信感知一体化技术综述“则讨论了通感一体化应用在6G潜在太赫兹频段面临的挑战.

本专刊汇聚6G专项研究的上述最新成果, 以飨读者, 以期助力推动中国乃至世界上的6G技术研发.