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6G标准化时间表和总体技术原则概述

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6G标准化将于2024年启动。在这篇博文中,您将了解3GPP和ITU中6G标准化时间表的最新信息,以及我们为实际6G设计设想的关键原则。

Principal Researcher, Radio Access Network standardization

Technical Coordinator, Radio Access Network standardization

Senior Expert radio networks

Head of radio-near concept and spectrum standardization

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6G 标准化时间表和总体技术原则概述

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6G正在进入预标准化阶段。

2023年底,3GPP正式宣布将开发第六代移动系统。为了兑现这一承诺,3GPP于2024年3月在荷兰马斯特里赫特(Maastricht, NL)举行的全会期间确定了6G标准化的时间表。与前几代IMT移动通信技术一样,爱立信已经全面投入到支持3GPP作为主要标准化组织制定6G标准的工作中。当然,还将有其他行业标准化组织也将参与6G标准制定,例如参与开发部分6G网络的开放无线接入网络(O-RAN)联盟。但是,本文将重点介绍3GPP的工作。

我们将概述3GPP商定的时间表,其与国际电联(ITU)的相关性,并重点介绍6G的关键原则。

ITU关键点和时间表

国际电联(ITU)在标准化方面发挥着关键作用,定义了归类为国际移动电信(IMT)技术的准则。IMT分类很重要,因为IMT技术可以使用全球或区域认可的一大组IMT频段。这是建立6G全球商业生态系统的重要一步。

ITU将6G指定为IMT-2030,延续了IMT技术代际演进的命名传统。回顾过去,3G技术被指定为IMT-2000,4G为IMT-Advanced,而5G则被称为IMT-2020。

在ITU,IMT-2030相关工作分为一系列不同的任务,其中某些已经完成,另外一些即将开始。图1概括了ITU将采取的定义IMT-2030的不同步骤。

图 1: 国际电联IMT-2030时间表

图 1: 国际电联IMT-2030时间表

第一步是完成了两个交付成果,即“未来技术趋势”[1]和“IMT-2030及其后的框架”[2]。

从2024年到2026年底,ITU将致力于定义IMT-2030的技术性能需求和相应的性能评估方法。这些需求既可能是功能性的,即系统应该支持的特定功能,也可能是定量的,即在给定的条件下,系统应该满足的性能需求,例如,特定的频谱效率、时延和定位精度。

在完成需求定义工作后,IMT-2030的技术提交过程将从2027年开始,一直持续到2029年初。为此,3GPP计划在2028年底或2029年初向ITU提交6G的自评估报告。

最后一步是ITU形成决议,认定某一项技术满足IMT-2030技术性能需求,而被认定为6G技术,预计将于2030年完成。作为最后一步,可以在2030年初根据最新版本的3GPP规范对提交的技术提案进行更新。这一时间表有望使6G在2030年实现商用部署。

组织和公司(提交方案者)向ITU提交归类为IMT技术的技术提案。提交的材料包括对该技术的描述及其性能声明,证明其提交的技术符合ITU定义的IMT-2030的需求。

ITU邀请独立评估小组来核实候选技术性能声明的准确性。然后,ITU将根据评估小组的反馈,确定该技术是否可以通过评估,成为IMT-2030的技术标准。

 

3GPP 演进到 6G 的时间表

截至2023年,3GPP已宣布将制定6G规范[3]。为了践行这一承诺,在2024年3月的会议上,3GPP迈出了一大步:就6G标准化时间表达成了一致意见[5]。在这里,我们将更仔细地研究这个时间计划,并对这样一个大型项目所涉及的各种任务进行整体细分。

图2显示了3GPP的工作时间表以及爱立信对此的看法。

3GPP 时间表

图 2: 3GPP 时间表

3GPP的工作通常以版本(Release)的形式完成,Release 19的工作已于2024年初开始[4]。在每个版本结束时,3GPP都会更新其规范,以反映这一版本期间所做的工作。

对于一个新的技术世代(Generation)来说,工作范围非常广泛,跨越多个版本。5G从Release 14开始(SI),第一个规范在Release 15中最终确定。3GPP的6G工作将于2024年Release 19期间开始,开展与需求相关的工作。根据爱立信的观点,第一个6G规范将于2028年底在Release 21中完成。3GPP认可的时间表使3GPP能够在2030年之前将初始商业系统推向市场,并与国际电联的时间表保持一致。

值得一提的是,在3GPP开发6G的同时,5G Advanced也将在3GPP中继续演进几个版本,开发新技术,为全球市场提供服务一直到2030年及之后。这不但可以实现5G Advanced在市场上的持续演进,也将确保向6G的平稳过渡。

让我们更深入地探讨一下3GPP 6G工作计划的不同阶段,并重点介绍前面描述的关键里程碑以及与国际电联工作的关系。

简单地说,这项工作在整体上分为四个不同阶段:

  • 用例与需求研究:在Release 19 和 Release 20期间进行
  • 技术研究:在Release 20版中进行,一直到Release 21的开始
  • 规范制定:Release 21中的6G WI
  • 自评估:基于规范进行6G自评估研究,用于ITU 6G技术方案认定。
研究项目: 构成一个项目的研究阶段,期间3GPP成员探索一个新想法或技术是否可行,是否值得追求。
规范制定项目: 简单来说,这是3GPP版本的待办事项列表,包括开发技术解决方案需要完成的所有任务和项目以及需要应对的挑战。
技术规范: 这包括一组详细的说明或规则,描述如何设计和实施特定的3GPP技术或系统。

 

标准:

一套3GPP规范的最终商定版本由3GPP组织合作伙伴(例如ETSI)转换为标准。所有成员都必须遵守该标准,以确保世界各地的不同设备和网络能够无缝地协同工作。

总之,3GPP从“研究项目”中的想法开始,将这些想法转化为“技术规范”中的详细计划;在所有人就此达成一致后,它就成为每个人都遵循的“3GPP标准”。“规范制定项目(WI)”包括与任何给定技术目标相关的所有正在进行的活动任务。

6G需求研究

3GPP将于2024年5月启动6G需求研究工作,定义6G服务需求。新的市场需求将引发6G所需要考虑的新问题,3GPP将讨论服务需求研究的范围。

该研究预计在2024年9月获得批准。

典型业务需求将会总体描述特定功能对整个通信系统的需求。考虑的因素包括用户设备(UE)、无线接入网络(RAN)设备、核心网、安全架构及运维等。由于6G是一个新系统,该研究将包括新的用例和对5G中已经支持的功能的增强。

6G需求研究还将专门针对UE和RAN方面的需求开展工作。这些需求在一定程度上更为详细。其中一项任务是处理国际电联的需求。初步讨论将于2024年9月开始,到2024年12月,随着工作范围进一步明确和具体,将商定一个研究项目。RAN需求研究工作将于2025年6月完成。

6G需求研究工作的第二部分是解决来自商业考虑的任何总体需求,而这些需求未被国际电联的需求所涵盖。此类需求的一个例子是从5G到6G的高效迁移。解决这些需求的研究项目将从2025年6月开始,到2026年6月结束。

总之,这将产生一个RAN全会级需求研究阶段,从2024年9月开始,到2026年6月完成。

6G技术研究项目(SI)与规范制定项目(WI)

3GPP的主要任务将是设计6G系统。3GPP各工作组的技术研究工作将于2025年第三季度开始。6G系统的设计将分两个阶段,在两个版本中完成。

第一个阶段将研究各种6G技术。该研究将于2025年第三季度在Release 20中开始,为期21个月。这部分研究工作将与Release 20中的5G-Advanced演进工作并行开展。但不同的是Release 20的5G-Advanced工作为期18个月。第二阶段将在第一阶段研究结论的基础上针对6G系统进行详细设计及规范制定,最终在Release 21中完成3GPP第一版6G规范的制定。

在技术研究和需求研究工作期间,3GPP将更清楚地了解完成6G标准制定所需的时间。结合研究工作的持续进展及商业需求的进一步演化、明晰,3GPP将不迟于2026年6月达成协议,以确定Release 21 6G规范制定项目(WI)的具体完成时间,从而创建6G规范的第一个版本。

这意味着为了在2030年之前推出商用6G系统,爱立信认为Release 21规范制定项目(WI)应该在2028年底之前完成。

6G 的高级原则

随着时间表的确定,讨论的重点将转移到研究项目的内容和具体的6G设计上。尽管“6G”一词很宽泛,可能不仅仅包括连接服务,但可以设想几个关键原则。

首先,6G应该是一个全球标准,不仅支持新的、尚未预见的用例,更重要的是要持续支持5G时代涌现出的大量用例,如XR。6G从一开始就应该解决低功耗广域网(LPWA)物联网、固定无线接入(FWA)、非地面网络(NTN)以及可靠且时间关键型通信等关键垂直领域的问题。在前几代的移动通信系统中,对这些场景的支持是后期添加的,因此有时解决方案过于复杂,从而导致在实际应用中受到一些限制。

在频谱方面,6G应该支持在广泛的频谱中运行,包括FR1、FR2和厘米波范围。5G和6G之间的高效多RAT频谱共享(MRSS)对于提供广域6G覆盖至关重要,因此MRSS从一开始就应该成为6G设计的一个组成部分。幸运的是,5G的超精益设计意味着5G-6G共享可以变得非常高效,最多只有几个百分点的开销(与4G-5G共享不同,4G-5G共享的效率较低,因为4G设计具有小区专有参考信号)。

此外,从5G到6G的演进必须通过单一的演进路径平稳进行。从5G中学到的一个重要经验是,应避免过多的架构选项分散市场且延缓新技术的采用 [6]。这意味着:

  • 6G RAN应该连接到演进的5G核心网(5GC)。许多运营商尚未推出5GC,而它的架构非常灵活,可以轻松扩展以处理新的6G功能。以5G核心网的成熟基线为基础,可以顺利且经济高效地引入6G RAN和其他6G功能。
  • 6G应该仅支持独立运行(SA)。在每个时间点,设备仅连接到5G或6G。尽管跨制式的双连接最初看起来像是聚合频谱资源的好方法,但事实并非如此。实际上双连接会导致性能不佳,并且通常所有流量都只在其中一条线路上传输。因此MRSS是首选的迁移路径。
  • 6G应该包括开放接口,以建立健康的生态系统。因此,标准化工作应集中在关键接口上;在这些接口上,多供应商互操作性从商业角度来看是有价值的,而且在技术上也是可行的。这(显然)包括RAN-CN接口和空中接口本身,还包括下一代低层拆分和用RAN节点之间的接口实现移动性。

可观测性对于实现AI/ML和自动化的广泛使用至关重要。必须从一开始就考虑到这一点,例如通过指定必要的终端侧测量和报告。

最后,能耗效率是需要牢记的最重要的领域之一。在网络方面,原有5G的超精简范式应该在空间和频域进行扩展,将空闲模式和连接模式的设计分开。为确保设备的电池有较长的续航时间,基线设计中应包含唤醒信号等功能。

图 3:简化的 6G 架构

图 3:简化的 6G 架构

6G时间表总结

国际电联已经开展了数年的IMT-2030及后续的定义工作。随着技术性能需求研究工作于2024年开始,国际电联围绕6G的研究工作也将更加具体。

2023年,3GPP启动了6G相关研究,宣布开发6G规范,并将在2024年启动3GPP面向6G的需求研究工作。在目前达成一致的6G工作时间表中,计划在2025年年中(Release 20)开始为期21个月的6G技术研究项目,分析6G技术方案选择。最迟在2026年6月,3GPP将决定Release 21 6G规范制定项目(WI)的持续时间,从而决定6G规范第一版的发布日期。爱立信认为,6G规范应该在2028年底之前准备就绪。这将有助于在2030年之前将第一批商用6G系统推向市场。

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