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详解中国移动最新6G创新成果_通信世界网

发布时间:2022-05-12 15:11:37 来源:ob欧宝体育在线登录 作者:欧宝体育竞猜

  随着5G的商用进入深水区,6G已经成为移动通信行业下一个争夺的焦点。中国移动持续加大在基础研究领域的投入,先后和清华大学、北邮、东南大学成立了6G创新中心以及面向多方合作的中关村创新院,并取得了多方面创新成果。

  近日,在中国移动研究院举办的“遇见未来——6G创新成果发布会”上,中国移动研究院协同各创新联合体,结合前期联合研发的阶段性成果,开展了以“遇见未来,走进6G世界”为主题的6G协同创新成果专题展示,展示内容包含6G愿景、元宇宙、6G网络、6G空口、新平台、新器件和新应用等七个方面。

  中国移动首席专家刘光毅博士带领团队针对“中国移动6G协同创新成果展示”进行了讲解。刘光毅讲道,中国移动2018年启动6G研究,2019年发布了国内首个6G愿景和需求白皮书。白皮书指出,未来6G发展的愿景是智慧泛在、数字孪生,希望通过提供6G能力,帮助整个社会适应数字化的下一个发展阶段,即数字孪生时代,通过数字孪生实现对未来的预测和提前干预。在这个数字化世界里,人工智能的应用将无处不在,将全面支持智慧泛在。

  结合对未来社会的美好畅想,中国移动提炼出来了未来6G的典型应用场景,如全息交互、通感互联、虚拟旅行、智能交互、智慧工业、智慧农业、智能交通、精准医疗、无人区检测、数字孪生人、元宇宙等。这些场景对网络能力提出了很高的要求,通过对6G网络能力要求的总结提炼,形成了6G网络能力指标体系。6G除了提升传统通信的基础能力之外,还将支持感知、计算、AI、安全的一体化融合,实现网络无所不达、算力无处不在、智能无所不及,以及感知、安全的无处不在,助力未来信息社会发展的深刻变革,重塑一个全新的世界。

  具体成果展示应用包括6G愿景与需求、元宇宙技术概述、元宇宙-云端三维重建、元宇宙-AR骑行、6G网络架构总体介绍、数字孪生网络、行业网数字孪生、空天地一体化、信道测量与建模、智能超材料、6G语义通信系统原型、超高速率可见光通信、光子学辅助太赫兹通信系统、通信感知一体化原型样机、6G通用样机原型平台、核心器件验证与探索、数字孪生人等共计17个协同创新成果展项。

  元宇宙作为前沿数字科技的集成体,推动数字世界与物理世界的融合发展。元宇宙是跨域技术的聚合与共生,是云网技术赋能下的系统化创新。基于自有的基础网络和算力设施,中国移动提出了三层的元宇宙技术架构:基础支撑层搭建支持大规模用户同时在线的基础设施,以支持沉浸式的极致用户体验;技术使能层通过交互、AI、区块链、安全及三维建模等技术实现网络能力到业务服务的转换;业务应用层通过沉浸式社交、数字孪生体等多样化内容的呈现形式,实现元宇宙的万物互联和沉浸互动。元宇宙技术架构是对元宇宙概念的积极探索,将助力元宇宙产业的全面发展。

  三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型,是实现元宇宙数字化的关键使能技术之一。中国移动联合高校通过研究和探索,提出了一种基于云、管、端架构的云端三维重建方案。该方案综合考虑移动终端算力及其上行传输带宽,在终端侧对数据源进行时域和空域的平滑,对传输的数据内容进行压缩,从而减小上行传输资源的需求;同时,在云端实现形象化的三维数字模型展示。基于网络算力,云端承担高计算的负载,移动终端处理轻负载的图形、图像操作,促进元宇宙业务的应用。

  元宇宙-AR骑行AR骑行作为元宇宙的潜在典型业务之一,展现了虚拟和现实空间的实时交互,给用户带来身临其境的沉浸式体验。在现实空间中,用户骑行时,传感器将速度等实时数据发送到移动终端,转化成可视的互动内容并投影于AR显示屏中,形成虚拟空间。用户在虚拟空间选择不同的装备,体验沉浸式多模式互动,比如进入比赛模式后,用户与各地的骑行爱好者可以开启一场虚拟空间中的骑行竞技。这种具有沉浸式特征的应用为探索元宇宙的产业化提供了研究实例。

  中国移动自主提出了分布式自治的6G至简网络架构,采用集中+分布的自治组网方式,实现灵活按需的网络功能生成,助力打造低成本、低功耗的至简网络。6G网络在架构层面支持空天地一体化、算网一体和安全内生;在能力层面支持智慧内生、数字孪生和沉浸多感;在功能层面由“五面”组成,分别是控制面、用户面、数据面、智能面和安全面。SCU(微云单元)是6G网络架构的基本组成和部署单元,上至省和大区、下至网络边缘,均可灵活部署、动态加载SCU。6G网络架构通过端到端统一的接入控制,多连接统一的管理协议,真正实现至简设计,同时兼具鲁棒性、可靠性和安全性。

  数字孪生网络(DTN)是由物理网络及其虚拟孪生体构成,通过虚实实时交互映射,对物理网络进行精准的监控、仿真、控制和优化。中国移动结合通信网络需求以及数字孪生特点,提出了“三层三域双闭环”的DTN系统架构;同时,面向6G无线网络自治,提出了“三体五态”的基本概念,以及由“持续规划”、“虚实建连”和“防愈结合”构成的网络全生命周期自治。作为数字孪生网络的首倡者,中国移动已牵头发布业界首篇数字孪生网络白皮书,并正在联合行业伙伴,积极推进DTN原型验证和相关技术标准化。未来希望数字孪生网络能帮助运营商实现6G网络全生命周期的高水平自治,提高网络的灵活性和对需求响应的敏捷性,降低网络运维管理成本。

  行业网数字孪生行业网数字孪生是将行业客户现场物理网络进行建模,并通过探针等技术,实时采集网络、设备状态,建造一个与物理网络平行的数字孪生网络空间,为行业客户提供沉浸式、可视化的网络监测界面。中国移动通过研究数字孪生平台及其技术,包括网络建模、终端探针、轻量化网络运维等,构建了行业网数字孪生平台。通过这个行业网数字孪生平台,用户可以对网络以及业务的运行状态一览无遗。结合智能化运维等技术,能实现网络“可管、可控、可视”,为生产的有序进行“保驾护航”,提升客户网络质量满意度。随着6G技术的发展,行业网数字孪生平台未来还将支持网络自治等更多能力,助力行业客户的生产。

  天地一体化网络是实现全场景泛在接入的重要手段。仅依赖地面核心网的天地一体化网络将面临星地传输时延长、无法实现大规模网络自运管、无法满足业务连续性等挑战。核心网上星可以突破地形限制,形成空天地一体化的立体网络。中国移动研究的核心网实验单元,针对上星应用场景,对核心网用户数据处理单元进行轻量化裁剪、模块化重构,并在嵌入式系统加载,实现了核心网轻量化快速部署、在轨软件定义。该实验单元已于2021年12月7日搭载“宝酝号”小卫星成功发射升空,在轨运行正常,为后续6G及算力网络的演进提供了有力支撑。

  传统蜂窝网与卫星网联合主要采用中继模式,可解决特殊场景基本的通信需求,但也存在覆盖受限、建设维护成本高、业务体验差等问题。中国移动开展天地一体化网络架构、空口协议、协同部署等技术攻关,推动蜂窝与卫星网络深度融合,面向广覆盖、低成本以及高保障业务方向演进,引领国际标准的同时兼顾存量卫星的应用合作,实现陆海空天全域覆盖。2021年,中国移动联合清华大学开发了具有部署便捷、应用本地化、高中低轨灵活中继的星地融合原型系统,是蜂窝与卫星技术融合的有益尝试,后续会进一步开展无线云网络与卫星融合,推动5G上卫星;同时攻关卫星终端相控阵天线低成本方案,降低使用门槛,推动产业发展。

  信道测量与建模是无线通信系统设计、评估和产品研发的基础和前提,主要目的是研究无线电磁信号的传播环境,然后利用数学模型来表述。中国移动从2008年开始投入信道测量与建模工作,选取具有中国特点的密集城市、高铁等场景作为目标场景,与北京邮电大学一起搭建了信道测量平台,经过外场测量获得大量信道数据,并提取数据与场景的特点,先后建立了IMT-advanced信道模型、3D-MIMO信道模型,并推入ITU与3GPP国际标准组织,形成了国际标准。为了在6G时代取得先机,目前团队开展了针对感知通信一体化、智能超表面、太赫兹、可见光等方向的信道特性研究,部分结果已输入IMT-2030推进组中。

  超材料是一种具有特殊周期性结构的人工材料,与天然材料相比,具有超常的电磁反射、透射特性。未来6G全覆盖、高质量、大容量通信,需要对空间电磁信号进行智能调控,超材料具有巨大的潜在应用价值。中国移动基于对超材料的研究,提出了场景需求和系统方案。在此基础上,联合东南大学设计硬件架构、开发样机、评估其应用性能。去年6月,联合东南大学完成了智能反射面在现网中的测试,证明了其能够增强信号覆盖、提升通信性能。同时,中国移动联合北京邮电大学开展了系统级设计、仿真,证明智能超材料能够有效增强信号和抑制干扰,提升小区边缘用户性能。智能超材料有望成为未来移动通信的重要基础设施之一。

  传统通信是让用户“听得清楚、看得清楚”,而语义通信则是让用户“听得明白、看得明白”。语义通信优势是通过语义提取,极大压缩信息传输带宽需求,从而减缓网络容量与带宽压力,保障信息服务质量,尤其是多媒体业务清晰流畅的体验。中国移动布局语义通信技术,提出了语义通信的关键场景,构建了语义通信系统架构,联合研发了低码率会话视频语义通信系统与智简语义通信系统原型,旨在为高清多媒体业务提供新的解决方案。语义通信有望将在语音与图像传输、视频会话、视频会议、视频直播、交通监控、在线直播、在线教育等场景,以及AR/VR类业务和元宇宙业务中得到广泛而深入的应用。

  面向6G的超高速率可见光通信,旨在通过与照明相融合,以更低能耗提供更高的用户体验速率。中国移动研究了未来可见光通信的部署场景与通信指标要求,并在基础理论方面完善了可见光通信系统的噪声和容量模型,由此完成了蜂窝与可见光通信的深度融合设计,以及大带宽、多灯协作传输方案的设计,解决了可见光通信上行难、移动性差的问题,实现高速率、低中断的传输。此外,中国移动联合复旦、北邮、清华,研发了业界领先的SLD(超辐射发光二极管)光源和可见光实时通信原型基站。可见光通信领域的积极探索为超高速率可见光通信的标准化与产业推进打牢了基础。

  太赫兹波是介于毫米波与红外光之间,频率介于100GHz与10THz之间的波段。相比传统的通信频段,太赫兹通信具有更大的带宽以及更高的速率,因此被视为未来6G移动通信的可选技术之一,在未来超大容量无线回传、短距离无线通信、通信感知一体化以及星间通信等场景具有应用潜力。2021年,中国移动结合不同的通信应用场景,对光学太赫兹通信系统的整体架构、多载波传输机制、高阶调制及复用技术等进行了深入的研究,提出了多项技术方案。同时,依托东南大学-中国移动联合创新中心,搭建了载波分别为101GHz和370GHz的样机系统。

  通信感知一体化,即用同一套设备,在同一段频谱上,同时完成通信与感知功能的信息处理技术,使基站具备目标监测、测速、测距、定位、目标成像及识别等能力,可以降低设备成本,提高频谱利用率等。通信感知一体化可满足一些新场景的需求:包括交通状态监控、无人机监控、自动驾驶环境的感知、机器人间的交互等。针对交通监测场景,中国移动联合华为合作研发了通信感知一体化原型样机。该样机工作频段在26GHz,最高支持400M带宽,最大可覆盖范围为500米。目前,我们已经在海淀区北清路开展了初步测试,测试结果表明一体化样机可以达到0.5米的测距精度,很精准地完成了对于车辆状态的监测。

  6G时代,基站平台不仅要承担多频段、多维度、高性能的通信需求,还将融合通信、感知、计算、人工智能等全新的能力于一体。中国移动协同合作伙伴搭建了6G通用样机原型平台。基于该平台,研究人员将逐步研究并构建面向6G的通用、开放、云化、灵活的基站平台软硬件架构,进而探索产业路径。研究团队也可基于该平台验证技术方案的实际性能,对技术方案进行迭代优化。随着能力的不断完善,平台也会逐渐向更多伙伴开放,通过构建公共试验验证平台的方式,助力行业的高质量发展。

  中国移动在6G新芯片、新器件方面积极研究布局,联合清华、东南、北邮开展了可重构计算芯片、毫米波太赫兹芯片和液态金属天线研究,在中关村创新院联合复旦大学开展了可见光芯片的研究。其中,可重构计算是一种新型的芯片架构技术,可根据不同的应用或算法来灵活重构硬件资源,从而带来整体计算性能、灵活性的提升,以及能耗体积的节省,但该技术应用于通信还处于起步阶段。目前,中国移动联合清华大学正开展该项创新性工作:将可重构计算应用于未来基站,以提升基站的能效比;提出了基于异构的可重构计算硬件平台需求,开展了关键算法分析、算法映射流程设计和配置机制优化;完成了芯片架构设计和工具链的开发并联合开展了相关验证。

  数字孪生人指的是物理世界中的人在虚拟世界中的完整映射,不仅能够反映人的生命体征,还可以对健康状况进行预测。数字孪生人分为三个层级:第一层级是采集接收,实现完整的体内、体外的体征的映射;第二层级是经过数据的转换,了解人的情感以及五官、视觉、嗅觉等通感的孪生;第三个层级是通过脑机接口等进行映射和控制,实现对现实世界的控制影响。目前,项目团队已形成了运动孪生、脑部孪生、体内孪生分阶段的研究思路,把控其通用的汇聚环节,初步建立了以脑机接口、通感互联、运动孪生为典型应用的数字孪生人多源数据融合平台和未来理念演示原型系统,验证了多源数据融合关键技术方案的可行性。

  结语:回望过去,展望未来。中国移动将联合产学研用各方力量,建设全球领先的6G协同创新基地,通过需求和顶层设计为牵引,打通全产业链创新环节,孵化源头技术创新,培育自主可控、开放的6G产业和应用生态。中国移动希望与国内外高校、科研机构、产业、行业伙伴,携手共谋6G发展,协力共创卓越未来。