6G―将无线接入技术提升 至新高度

随着6 G 标准化工作即将拉开序幕⸺3GPP将于今年秋季启动相关技术研究⸺当前正是审视6G技术潜力及其超越5G所带来的性能提升的恰当时机。

制定全新的6G RAT标准是十年一遇的机遇，它不仅能显著提升性能，更可对5G中无法变更的根本层面实现增强。

我们将探讨通过显式修改连接建立所用信号来提升能效的一个示例方案。另一个示例是针对全社会对移动通信依赖性增强的趋势，提出的韧性增强体系⸺该体系涵盖从无线网的主动测量，到卫星通信的互补使用，再到弹性计算平台等多个层面。关于韧性的深度探讨将另文专门论述。

构想的新一代6G RAT技术本身具备高度可扩展性，能够灵活适应不同数据速率与应用场景，同时致力于降低系统复杂性与运营成本。6G既支持性能超越当前5G的高端设备，也支持能够满足大规模物联网需求的低成本低端设备。最终，6G有望逐步取代目前使用的基于4G的LTE-M与NB-IoT技术。从长期演进视角看，此举不仅可简化网络管理⸺相较于运维多张网络，单一6G网络的管理更简便且有助于降低成本⸺更意味着物联网领域最终同样能享受到6G的普惠性优势，例如提升网络能效。

基于以上铺垫，接下来深入探讨6G性能潜力的具体示例。

能效——网络与终端设备的关键属性

能源成本占运营商运营支出的很大比重，这也是推动5G采用超精简设计的主要动因之一。在6G中，此超精简设计范式应不断演进与扩展，从时域延伸至频域与空域。

一个可行方案是延长用于初始接入与移动性等流程的常发同步信号块（SSB）周期。将其从5G的20毫秒延长至160毫秒，有望使空闲网络能耗降低77%。

此类变更在5G中极难（若非不可能）实施，因为这需要改动基础性连接建立流程，进而影响当前在用的终端设备。而在新一代技术中，此类设计则易于实现。通过在需要时为互联设备提供按需SSB，作为稀疏常发SSB的补充，这种超精简模式可扩展至空域与频域，从而在某些部署场景中带来更大幅度的性能提升。

电池长效续航是终端用户的核心诉求之一，这表明能效对于终端设备同样至关重要。该需求应在6G系统设计中予以充分考量，例如，通过引入唤醒信号（WUS），在数据到达时激活终端设备。该机制使得终端设备能够将其大部分电路置于睡眠状态以节约能耗，同时仍快速响应传入的数据包。研究证实，在常见的小规模突发
数据包传输场景下，设备能耗可降低约35%，且对终端用户的体验质量无任何负面影响。

大规模天线阵列与MIMO——6G的关键组件

MIMO与大规模天线阵列将成为6G的核心构成要素，将支持厘米波频段的运用，从而释放新的容量潜力。例如，在现有的低频/中频宏基站部署基础上，在7GHz频段新增200MHz厘米波频谱，可使得下行容量增至三倍（增加200%）。

虽然增加频谱通常会带来增益，但此分析的关键启示主要不在于增益本身，而在于7 GHz频段能够在现有宏站点部署，无需进一步增加站点密度。在更高频段，即便不增大天线安装的物理尺寸，亦有可能集成更多数量的天线单元。通过这种天线配置所实现的波束赋形增益，足以弥补其相对更具挑战性的传播条件。厘米波频段有望成为6G可加以利用的宝贵频谱资产。

Massive MIMO技术已在TDD中频与高频段广泛应用。然而，该技术在较低频段同样能带来显著优势。鉴于较低频段的衰减更低且采用FDD，它们能提供优于TDD高频段的覆盖能力，特别是在上行方向。因此，这些频段对于保障系统整体覆盖范围以及为边缘用户提供容量至关重要。利用Massive MIMO进一步提升这些频段的覆盖范围和容量，就可以在特定覆盖区域内部署新业务，或扩展特定业务的可用范围。

在一个示例中，我们对部署于城区、频段范围覆盖700MHz至7GHz的一个网络进行了深入研究。当我们将1800-2600MHz频段升级为Massive MIMO后，在相同流量负载下，上行小区边缘数据速率提升了一倍多。或者，我们亦可在维持相同小区边缘数据速率的同时，实现网络容量翻番。

尽管FDD频段的Massive MIMO在5G中已具备可行性，然其仍存局限。例如，现有终端设备为支持必要的信道状态报告所能处理的下行链路天线端口数量，即是一个限制因素，在与载波聚合技术结合使用时尤为如此。

人工智能将在6G中发挥关键作用，而且相对于传统算法，有望在特定领域实现性能的显著提升。必须强调，与之比较的对象应是先进的实现方案，而非在各类出版物中时有提及的简单的、教科书式的基础算法。

人工智能大有可为的一个典型示例是MIMO信道预测。要充分发挥大规模天线阵列的潜力，基站需获取精确的信道状态信息。传统方案主要有两种：一是依赖上行探测参考信号（SRS）。该方案在小区中心区域效果良好，但在大型小区边缘因信号变弱而效果不佳；二是依赖用户设备（UE）的反馈。这是覆盖受限场景下的合适选择，但需进行下行参考信号传输与上行反馈机制，因此会增加开销。基于人工智能的SRS接收器，其性能潜力有望超越上述两种传统方案。详细论述请参阅《扩展信息》PDF文档。

上行性能变得日益重要

随着通信场景从以下行数据消费为主导向XR普及、上行视频流传输及终端侧AI智能体协同的方向演进，上行性能的重要性日益凸显。为有效满足这一需求，需对现有上行控制信令与调度策略进行根本性重构。

一种值得关注的可行方案是将控制信令与用户数据一同在带内传输（即基于L2层实现），取代5G采用的独立物理信道设计。此举不仅能显著简化整体调度时间表，还可支持更灵活的部署。不仅如此，该方案可使上行方向小数据包业务的比特率提升56%，同时将下行性能提高30%。

在该方案中，模拟采用包含物理层、MAC层、RLC层及TCP层的完整端到端建模，其结果能够真实反映用户在实际系统中的体验。这一点至关重要，因为仅评估系统的部分组件或上行链路无法呈现全貌。

实际蜂窝网络是多频段系统，每个站点通常有多个频段可用。其中高频段（如3.5GHz TDD或厘米波频段）可提供数百兆赫的带宽，而低频段（如Sub-GHz FDD频段）虽然可用传输带宽较小，但凭借其更优的传播条件，可提供更好的覆盖。

在现有5G系统中，终端设备通常驻留在下行链路质量最优的频段，并使用该频段进行上行传输。然而，鉴于发射功率和天线配置的差异，在无线条件不太理想的站点，若终端设备能在低频段发送数据，同时在高频段利用大带宽接收数据，将获得更佳的服务体验。

“上下行解耦”方案支持为终端设备动态独立分配上下行最佳频段。在低系统负载条件下，该方案可将上行数据速率提高10倍！

超越通信：定位与感知

6G技术不仅能提升通信性能，更将其应用边界拓展至通信之外的领域。定位作为5G已支持的非通信服务（beyond-communication service）之一，在AI技术赋能下可实现精度突破。实测数据显示，在混合视距/非视距传播的室外环境下，采用单基站结合AI，可将平均定位误差从7.1米优化至5.5米，精度提升达23%。在非常棘手的非视距场景下，AI能实现百倍级的定位精度提升⸺这充分体现了AI技术在该领域的颠覆性潜力。

通感一体化（ISAC）是6G新引入的非通信服务（beyond-communication service）典范。模拟研究表明，通过复用既有站点、无线设备与频段，在伦敦市中心可实现平均2米的无人机检测精度。基于真实测量数据的现网测试结果显示，观测到的平均水平误差稳定维持在2-3米区间，与模拟结果高度吻合。这些实证数据充分表明，ISAC技术前景可期且切实可行，例如，可用于管控无人机禁飞区。

6G发展前景展望

本文通过系统论证，揭示了6G无线接入技术的潜在价值。虽然最终版6G技术标准尚需数年完成制定，具体技术细节仍有待完善，且实际效能会因应用场景存在差异，但可以确信：面向未来十年的新一代6G无线接入技术必将开辟前所未有的发展空间！