带你读《6G需求与愿景》第三章6G 设计思路与愿景3.4 6G 能力愿景 (二)-阿里云开发者社区

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带你读《6G需求与愿景》第三章6G 设计思路与愿景3.4 6G 能力愿景 (二)

简介: 《6G需求与愿景》第三章6G 设计思路与愿景3.4 6G 能力愿景
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3.4.3    时延

 

时延一般指端到端时延,即从发送端用户发出请求到接收端用户收到数据之间的时间间隔。可采用单程时延(Oneway-TripTime,OTT)或往返时延(Round-TripTime,RTT)来测量,OTT是指发送端发出数据到接收端接收数据之间的间隔,RTT是指发送端发出数据到发送端收到确认的时间间隔。移动通信网络的时延与网络拓扑结构、网络负荷、业务模型、传输资源、传输技术等因素密切相关。

从 2G到 4G,移动通信网络的演进以满足人类的视觉和听觉感受为主要诉求,因此时延取决于人类的视觉和听觉的反应时间,据实验统计测算,人类听觉反应时间约为100ms,视觉反应时间约为10ms,因此,LTE可支持的最短时延为10~100ms。在 5G时代,由于智能驾驶、工业控制、增强现实等业务应用场景对时延提出了更高的要求,端到端时延要求最低达到了 1ms。

到 6G时代,随着触觉、嗅觉、味觉等感官以及情绪、意识等的引入,对时延要求将进一步提高,如人类大脑对触觉的反应时间约为 1ms。因此对于全感官类业务,对 6G网络时延的要求为<1ms。此外,对于具有极低时延要求的工业物联网

(IIoT)应用(如工业精密制造、智能电网控制)和远程全息手术类应用而言,时延要求更低。因此 6G的时延目标为<1ms,以此来支持工业精密制造、智能自动驾驶、远程全息手术等应用。

 

3.4.4  连接

 

网络的连接能力采用连接数密度来衡量,连接数密度是指单位面积内可以支持的在线设备总和,是衡量移动网络对终端设备的支持能力的重要指标。

5G之前,移动通信网络的连接对象主要是用户终端,连接数密度要求为

1000个/km2。5G时代由于存在大量物联网应用需求,要求网络具备超千亿连接的

支持能力,满足每平方千米高达约 106个连接的连接数密度指标。

到 6G时代,由于物联设备的种类和部署范围的进一步扩大,如部署于深地、深海或深空的无人探测器、中高空飞行器、深入恶劣环境的自主机器人、远程遥控的智能机器设备,以及无所不在的各种传感设备等,一方面极大地扩展了通信范围,另一方面也对通信连接提出了更高的要求。与 5G目前可连接十亿级移动设备的能力相比,6G将能够灵活有效地连接上万亿级对象。因此,6G网络将变得极其密集,其容量需求是 5G 网络的 100~1 000倍,需要支持的连接能力为 108~1010个/km2

 

3.4.5    效率

 

在无线通信系统中,由于可用的频谱资源有限,频谱效率是一种重要的性能指标。频谱效率越高,意味着在一定的频谱资源内可支持的用户数越多,网络运行成本越低。频谱效率(SpectralEfficiency,SE)简称为谱效,又称为频带利用率或链路频谱效率,定义为单位带宽传输频道上每秒可传输的比特数,单位为bit/(s·Hz),它是对单位带宽通过的数据量的度量,以此来衡量一种信号传输技术对带宽/频谱资源的使用效率。除链路频谱效率外,无线通信系统的频谱效率还可以通过系统频谱效率来衡量,是指每消耗单位面积单位赫兹能量可以传送的数据量,系统频谱效率的测算方式可包括二维面积频谱效率(单位:bit/(s·Hz·m2))或三维体积频谱效率(单位:bit/(s·Hz·m3))。提高频谱效率的方法很多,如采用密集组网、新的多址技术、高效的调制技术、干扰抑制技术、多天线技术、高效的资源调度方法等。LTE要求的下行频谱效率为 5bit/(s·Hz)(即在 20MHz带宽上实现 100Mbit/s的峰值速率),与 4G相比,5G网络通过采用密集组网、高阶调制、动态频谱共享、载波聚合、灵活帧结构、大规模 MIMO等技术,其理论频谱效率提升了 3倍。预计6G频谱效率将比 5G 再提升10倍。

另一种衡量无线通信系统效率的指标为能量效率(EnergyEfficiency,EE),简称为能效。能量效率定义为有效信息传输速率(单位:bit/s)与信号发射功率(单位:w)的比值,单位为比特每焦耳(bit/J,或 bit/(s·w))。能量效率描述了系统消耗单位能量时可以获得的传输比特数,代表了系统对能量资源的利用效率。通过低功率基站、D2D技术、波束成形、小区休眠、功率控制等技术可以提高系统的能量效率。

频谱效率主要衡量的是系统容量,能量效率主要衡量的是系统成本,这两个指标之间彼此关联又相互矛盾,因为一般来说容量的提高意味着部署更多基站或增加网络内的频谱带宽,成本会随着容量的提高而增长,但成本不能无限地增长,因此需要解决如何在提升整个网络容量的同时降低网络运行成本的矛盾,6G 同样面临着这样的问题。

 

3.4.6    吞吐量

 

系统吞吐量可用流量密度指标来衡量,流量密度是指单位面积内的总流量数,衡量移动通信网络在一定区域范围内的数据传输能力。通信系统的流量密度与多种因素相关,如网络拓扑结构、用户分布、业务模型等。

5G时代需要支持局部热点区域的超高速数据传输,要求数十Tbit/(s·km2)或局部 10Mbit/(s·m2)的流量密度。6G对流量密度的要求将是 5G的 10~100倍,达到1Gbit/(s·m2)。

3.4.7    移动性

 

移动性是历代移动通信系统重要的性能指标之一,指在满足一定系统性能的前提下,通信双方最大的相对移动速度。在移动环境下,无线通信系统会产生多普勒频移,信道发生变化,从而降低移动通信系统的性能。移动速度越快,多普勒频移越大,对移动通信系统的性能劣化程度越高,同时还会引起频繁的切换,影响系统运行质量。

4G要求支持的移动性为 250km/h,5G系统要求支持高速公路、城市地铁等高速移动场景,同时也需要支持数据采集、工业控制等低速移动或中低速移动场景。因此,5G移动通信系统的设计需要支持更广泛的移动性,最高可支持的移动速率达到 500km/h(可支持用户在高铁中保持通畅的通信能力)。

6G时代对移动性的要求将更高,包括空中高速通信服务。为了给乘客提供飞机上的空中通信服务,4G/5G时代通信界为此付出了大量努力,但总体而言,目前,飞机上的空中通信服务仍然有很大的提升空间。当前空中通信服务主要有两种模式——地面基站模式和卫星模式。如采用地面基站模式,由于飞机具备移动速度快、跨界幅度大等特点,空中通信服务将面临高机动性、多普勒频移、频繁切换以及基站覆盖范围不够广等带来的挑战。如采用卫星通信模式,空中通信服务质量可以相对得到保障,但是目前卫星通信的成本太高,且最主要的问题是终端不兼容。

因此,6G在提供空中高速通信服务方面还面临很大的挑战,为支持空中高速通信服务,6G对移动性的支持应达到 800~1000km/h。

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