2024-05-04-未来移动通信论坛-2024年海量接入技术白皮书_67页_9mb

海量接入技术白皮书总结

核心内容

海量接入技术是为满足6G时代海量连接需求而设计的技术方案，旨在支持每平方公里千万级终端的连接密度，同时降低通信时延、提升系统效率。6G的愿景是实现万物互联，使终端设备能够更高效地接入网络并进行数据传输，以支持包括数字孪生、车联网、极低功耗物联网等在内的多种应用场景。

主要观点

• 6G对连接密度、时延、数据发送频率、数据包大小等指标提出了更高的要求，特别是对机器型终端，其交互周期将从5G的1天或2小时降至秒级。
• 海量接入技术需解决终端接入流程复杂、信令开销大、时延高、连接密度受限等问题。
• 为了实现海量连接，需要研究无源多址接入方案、高效无连接传输技术、以及优化的发射机和接收机设计。
• 6G的海量接入技术不仅适用于蜂窝网络，还可用于V2V等非蜂窝场景，支持高密度、突发性、低时延和高可靠性的通信需求。

关键信息

1. 6G连接密度与性能目标

• 6G的连接密度预计达到每平方公里10^6至10^8个终端。
• 传输速度目标为1Tbps，网络时延目标为1ms，服务可靠性达到99.9999%。

2. 海量接入技术应用场景

• Massive Communication 场景：需要支持高连接密度，但对时延和数据包大小要求较低。
• Immersive Communication 和 HRLLC 场景：对时延、数据包大小、数据传输可靠性等要求较高，但连接密度相对较低。
• 极低功耗物联网：支持低成本、低功耗的终端，如无源终端、半无源终端和有源低功耗终端。

3. 海量接入技术需求

• 连接密度：需支持每平方公里10^6至10^8个终端。
• 时延：需支持毫秒级或秒级的通信时延。
• 数据发送频率：根据场景不同，从每秒1次到每小时1次不等。
• 数据包大小：从数十字节到数百或数千字节不等。
• 系统效率：需提升空口资源利用率，减少信令开销。

4. 海量接入关键技术

• 非协调随机接入和传输技术（URAT）：

  • 避免网络协调，终端可同时进行接入和数据传输。
  • 基于多用户编码和前导码设计，提升系统容量和检测性能。
  • 适用于高密度、突发性通信场景，如数字孪生、车联网等。

• 高效无连接传输：

  • 终端无需建立连接即可发送数据，适用于极低功耗物联网场景。
  • 通过非正交多址技术（如eMUSA）和Data-only技术减少导频碰撞，提升检测性能。
  • 导频设计采用极稀疏和独立多导频技术，降低导频开销，提升系统容量。

• 发射机与接收机设计方案：

  • 发射侧采用虚拟用户分割、资源跳跃、模式分割等技术，提升传输效率。
  • 接收侧采用基于稀疏结构变换的迭代接收机、容量最优且低复杂度的迭代接收机、多用户编码等技术，提升多用户检测能力。

5. 技术路线

• 海量接入技术的发展路线包括：
  • 非正交、非协调、随机接入与多址传输的融合。
  • 接收机设计的优化，如稀疏结构变换、低复杂度迭代接收机。
  • 通信流程的简化，如URAT技术减少信令交互。
  • 极低功耗终端的通信流程优化，包括能量采集、同步、注册与鉴权等。

应用场景与需求分析

1. ToC 的数字孪生世界

• 典型特征：个性化、实时性、沉浸式。
• 典型需求：
  • 连接密度：10^6~10^8 devices/km²。
  • 时延：毫秒级。
  • 数据包大小：数百到数千字节。
  • 传输速率：Mbps~Gbps。
  • 差错概率：低于10^-5。

2. 密集紧要连接的车联网

• 典型需求：
  • 连接密度：10^5~10^6 devices/km²。
  • 数据包大小：6000字节（自动驾驶）至1600字节（驾驶控制）。
  • 数据到达率：10~50/s。
  • 时延要求：10~100ms（自动驾驶、自动编队）至100ms（驾驶控制）。
  • 挑战：车辆快速移动导致网络拓扑变化，高密度下资源冲突严重，影响传输可靠性。

3. 极低功耗物联网

• 终端类型：
  • 纯无源终端：通过反向散射通信，功耗维持在uW量级。
  • 半无源终端：通过储存能量进行信号放大，功耗维持在几十到百uW量级。
  • 有源低功耗终端：具备载波生成能力，功耗维持在mW量级。
• 典型需求：
  • 连接密度：10^6~10^7 devices/km²。
  • 数据包大小：小于256 bits（资产盘点）至1000 bits（定位）。
  • 数据到达率：1/s~20/hour。
  • 时延要求：1s~30s。
• 挑战：终端成本高、依赖电池、难以实现免维护长期运行。

技术方案与性能评估

• eMUSA技术：

  • 使用复数域多元码序列，提升扩展码的多样性，降低碰撞概率。
  • 采用Data-only技术，减少导频开销，提升盲检测能力。
  • 支持极低功耗终端的无连接传输，提升系统容量和可靠性。
  • 在32根接收天线的基站下，支持100个用户同时无连接传输，平均谱效超过1bps/天线。

• 超低碰撞率导频技术：

  • 导频数量最大化，碰撞率最小化。
  • 支持低时延、高可靠性的无连接传输。

结论与展望

• 海量接入技术是6G时代实现万物互联的关键技术之一，能够显著提升连接密度、降低时延、减少信令开销。
• 通过非正交多址、无连接传输、高效接收机设计等关键技术，6G可以支持海量终端接入。
• 未来研究方向包括：
  • 进一步优化非正交多址技术，提升多用户检测性能。
  • 研究更高效的无连接传输机制，以支持更多终端接入。
  • 探索极低功耗终端的通信流程和能量供给机制，推动无源化部署。
  • 推动技术标准化，实现不同多址方案的融合与统一。