【IMT】2023年6G无线系统设计原则和典型特征白皮书--2030_6G_推进组_48页_32mb

6G无线系统设计原则和典型特征总结

核心内容

6G无线系统设计以满足未来智能化、绿色化、可持续发展的需求为核心目标，涵盖新业务、新频谱、新技术三大方向。其设计原则与特征体现了对无线网络功能、架构、实现与运行的全面优化，以支持更广泛的连接、更智能的服务、更高效的资源管理与更安全可信的网络环境。

主要观点

6G将实现人、机、物及物理与虚拟世界的全面连接，融合感知、计算、智能、传能等能力，构建“网络即传感器”和“网络即服务”的新型数字基础设施。6G不仅将超越5G的性能边界，还将在系统设计中实现智慧原生、融合一体化、数据原生、绿色低碳、内生可信、联合优化等原则，以支撑万物智联、数字孪生等愿景。

关键信息

2.1 可持续发展需求

• 经济：推动产业智能化转型，支持高精度、高可靠、准实时信息传输，满足个性化、高端化服务需求。
• 社会：提升社会治理能力，支持公共服务均等化，助力数字健康、智慧教育等。
• 环境：实现绿色低碳网络设计，提升频谱利用率，支持节能减排，助力行业绿色转型。
• 应急：增强对突发事件的响应能力，实现社会资源的灵活调度与协同。

2.2 新业务需求

6G将支持超级无线宽带、超大规模连接、机器可靠通信、普惠智能服务、通信感知融合等五大典型场景。典型业务包括：沉浸式XR、全息通信、数字孪生、自动驾驶、智慧交互、多维感知等。

2.3 新频谱需求

• 中低频段：提供基础覆盖，支持低成本、快速部署。
• 6GHz频段：具有大带宽优势，适合5G和6G部署。
• 高频段：如毫米波、太赫兹、可见光等，支持超高速率和高感知分辨率，适用于局域和短距离通信。
• 频谱利用：支持多频段融合、频谱动态分配、频谱共享等策略，提升网络效率。

2.4 新技术对无线系统的要求

2.4.1 无线原生智能

• AI将与网络深度融合，实现AI4Net、Net4AI、AIaaS。
• 需支持在线学习、联邦学习、迁移学习等机制，同时考虑非智能设备兼容性。
• 需要设计统一的AI服务架构，包括训练、推理、模型验证等功能。

2.4.2 通信感知融合

• 通信与感知功能将共存并协同，提升网络感知能力。
• 需研究通信感知一体化，包括波形设计、信道状态获取、资源分配等。
• 支持基于感知的业务，如环境重构、高精度定位、检测、成像等。

2.4.3 通信计算融合

• 通信与计算资源将实现统一调度，支持通算融合。
• 需支持分布式计算资源发现、感知、控制，实现计算资源池。
• 6G将提供计算服务，如算力服务、AI推理、数据处理等。

2.4.4 超维度天线

• 基于大规模MIMO技术，支持超大规模天线，提升频谱效率与覆盖能力。
• 需考虑全双工传输、波束管理、信道状态反馈等。
• 支持通信、感知、传能一体化的天线设计。

2.4.5 新型调制编码多址

• 支持非正交多址技术（如MUSA、PDMA、SCMA等），提升系统灵活性。
• 需设计统一信道/信号结构，支持多维资源分配。
• 研究高谱效、低复杂度、高灵活度的传输方案。

2.4.6 超高频通信

• 6G将引入太赫兹频段和无线光通信，以支持超高速传输。
• 需研究高能效波形设计、信道编码优化，以及与射频通信的融合组网。

2.4.7 通信传能融合

• 无线信号可用于传输能量，实现通信与传能一体化。
• 支持主动传能，如分布式协作传能、移动节点供能等。
• 需设计低功耗、高效率的传能机制，适应物联网终端等轻量设备。

2.4.8 星地融合通信

• 实现地面与非地面网络（如卫星、高空平台）的一体化融合。
• 支持全时全域连接、无覆盖与切换、提升网络韧性。
• 需研究统一空口协议、跨层网络架构、频谱协同管理等。

2.5 新终端/芯片需求

• 融合服务：终端需支持通信、感知、AI、计算等多功能。
• 协同通信：支持设备间协同通信，如L1/L2协同、中继、MIMO聚合等。
• 多频谱接入：支持从低频段到太赫兹、可见光等多频段接入。
• 低功耗设计：支持免电池终端、低功耗唤醒接收机、反向散射通信等。
• 超大连接：支持海量终端接入，如传感器、标签、可穿戴设备等。
• 泛在覆盖：支持空天地海全覆盖、体域网等。
• 接口与控制：支持多网络接入、无感知切换、用户意图驱动等。

3.1 部署场景

6G部署场景涵盖空天地一体化、异构组网、多系统多频段协同、数字孪生网络等，以实现全域覆盖、灵活组网、低成本部署。

3.2 6G无线系统视图

6G无线系统从RAN资源层、RAN功能层、RAN服务层三个层面进行设计，提供通信、计算、感知、安全等服务，实现端到端智能调度与资源优化。

3.3 6G无线系统新特征

3.3.1 系统功能特征

• 灵活频谱：支持多频段按需配置，提升网络容量与速率。
• 原生智能：实现AI4Net、Net4AI、AIaaS，支持多模式AI服务。
• 通感融合：支持感知与通信一体化，实现多维感知、环境重构、定位等。
• 通算融合：支持通信与计算协同，实现分布式计算与边缘AI推理。
• 信道主动管理：支持波束管理、信道状态反馈、信道优化等。

3.3.2 系统架构特征

• 灵活组网：支持多节点协同、多网络拓扑、自适应组网。
• 至简协议：支持协议分层、信令精简、按需配置。
• 弹性可定制：支持按需部署、灵活资源管理、动态策略调整。
• 能力开放：支持网络与应用间能力共享、数据与模型开放。
• 跨域协同：支持AI跨域协同、网络与终端协同、多域信息共享。
• 以用户为中心：支持个性化服务、意图驱动、用户画像定制。

3.3.3 实现和运行特征

• 内生节能：支持绿色网络设计、可再生能源利用、智能调度。
• 内生可信：支持安全、隐私、韧性等，实现动态安全机制、用户隐私保护。
• 网络孪生自治：支持数字孪生网络，实现自优化、自演进、自修复。

3.4 端到端设计相关

• 通信连接：支持跨域协同、灵活调度、按需配置。
• 数智算跨域：支持数据采集、挖掘、开放，以及AI模型复用、协同、调度。
• 安全可信跨域：支持多层次安全机制、隐私保护、网络韧性。

4.1 按需适配原则

• 灵活配置：支持系统参数、网元功能、组网形式的灵活配置，满足多样业务需求。
• 统一技术方案：设计统一的空口波形、帧结构、信令框架，提升系统兼容性。
• 自适应系统：支持动态配置、智能调度、资源优化，提升网络效率。

4.2 智慧原生原则

• 原生AI架构：支持AI4Net、Net4AI、AIaaS，实现网络智能化。
• 生命周期管理：支持AI任务的数据收集、模型训练、推理、监控、调整等。
• 资源共享：支持AI资源复用、Modem与手机共享架构，实现高效资源利用。

4.3 融合一体化原则

• 支持通信、计算、感知、传能等能力的融合，实现通感算一体化。
• 提升网络资源利用率，支持多域协同、跨层优化、端到端服务。

4.4 数据原生原则

• 数据治理：支持数据全生命周期管理，包括采集、存储、传输、处理等。
• 数据开放：支持数据标准化、隐私保护、安全传输。
• 数据驱动：支持数据挖掘、数据增强、数据共享等，实现网络智能化。

4.5 绿色低碳原则

• 支持绿色网络设计，提升能效、资源利用率、可持续发展。
• 推动可再生能源使用、节能技术应用、网络自优化。

4.6 内生可信原则

• 实现网络自防御、自感知、自优化，保障安全、隐私、韧性。
• 支持安全能力池、可信接口、安全策略动态调整。

4.7 联合优化原则

• 支持多维度联合优化，包括通信、计算、感知、安全等。
• 实现跨域协同、跨层调度、端到端优化，提升系统整体性能。

5 总结及展望

6G将实现全域连接、智能原生、绿色节能、可信安全、灵活组网、能力开放等目标，推动数字孪生、沉浸式通信、智能工业、数字健康等新业务发展。6G网络将从集中式向集中与分布式结合演进，实现自主化、智能化、个性化服务，成为支撑未来社会的新型数字基础设施。

6 贡献单位

文档由IMT-2030（6G）推进组编写，结合全球6G愿景与技术趋势，提出6G无线系统设计原则与特征，为6G发展提供指导。