一、引述
我们知道,国际移动通信(IMT)是国际电信联盟(ITU)命名的移动宽带系统,它是一个家族,目前包括IMT-2000(3G)、IMT-Advanced(4G)和IMT-2020(5G),未来将有IMT-2030(6G)系统。它也表征了宽带数字蜂窝移动通信技术的发展演进历程。
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IMT-2000通过一个或多个无线电链路提供对固定电信网络(例如公共交换电信网络(PSTN)/因特网)支持的范围广泛的电信服务和针对移动用户的其它业务的接入。自2000年以来,IMT-2000得到了不断的改进,提供IMT-2000详细无线电接口规范的ITU-R M.1457建议书也已相应更新,是为了提高IMT-2000的能力,引入了新的特性和技术。
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IMT-Advanced是可以跨广泛的业务和支持高质量的多媒体应用平台的一种移动系统。与IMT-2000相比,该系统在性能和质量上有了显著的改进。IMT-Advanced系统可以根据用户和业务需求,在多用户环境中以大范围的数据速率在低到高移动性条件下运行。这种系统提供对广泛的电信业务的接入,包括由基于分组的移动和固定网络支持的演进移动业务。ITU-R M.2012建议书提供了IMT-Advanced的详细无线电接口规范,并进行了相应的更新。
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IMT-2020包含了超越IMT-2000和IMT- advanced的新功能。这些新功能使IMT系统在提供各种服务时更加高效、快速、灵活和可靠。IMT-2020引入了增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)和大规模机器类型通信(mMTC)等多种使用场景。除了显著提高IMT-Advanced提供的数据速率和移动性外,IMT-2020还引入了频谱效率、延迟、可靠性、连接密度、能效和区域流量容量等优势,有效支持新兴的使用场景和应用。ITU-R M.2150建议书提供了IMT-2020的详细无线接口规范。
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ITU-R曾研究了推动IMT-Advanced和IMT-2020发展的技术趋势,研究结果分别记录在ITU-R M.2038和ITU-R M.2320报告中。自2014年发布ITU-R M.2320报告以来,IMT技术和IMT系统的部署取得了重大进展。IMT系统的能力正在根据用户趋势和技术发展不断更新。
欲详细了解ITU-R研究的IMT-Advanced和IMT-2020技术发展趋势报告的请进入:M.2038;M.2320
为此,ITU-R在2022年11月又首次推出了M.2516《地面国际移动通信(IMT)系统2030年及以后的未来技术趋势》研究报告,该报告提供了考虑到2030年及以后时间框架的地面IMT系统技术趋势的信息,例如新兴技术趋势和推动因素、增强无线电接口技术和增强无线网络技术的推动因素。事实上是展望了6G技术的未来及愿景。下述对该报告的内容做一简要的介绍,若要详细了解该报告具体内容的请查阅下附件。
附件:Report M.2516(11/2022)《地面国际移动通信(IMT)系统2030年及以后的未来技术趋势》
该报告考虑到2030年及以后的时间框架,从主要新兴业务、应用趋势和相关驱动因素等方面对地面IMT系统未来的技术方面进行了广泛的展望。该报告中描述的技术是未来可能应用的潜在技术及推动因素的集合。还描述了地面IMT系统的技术使能工具工具箱,包括通过技术进步及其部署实现IMT的演进。该报告不排除采用任何其它现有技术和未来预期的新兴技术。该报告参考了ITU-R的相关资料,包括其建议书、报告、决议及课题等,具体详见下表1。
表 1:M.2516参考的相关资料
二、新兴服务和应用
2030年及以后IMT系统的发展需要彻底重新考虑几种类型的相互作用。在日益复杂的系统开发中,新技术解决方案的模块化和互补性的作用变得越来越重要。人工智能(AI)等数据和算法的使用将发挥重要作用,需要技术互补,以确保技术创新相辅相成。这一点尤其重要,因为IMT-2030及以后的作用可被视为一种普及的通用系统,而不仅仅是一种使能技术,从而导致复杂的技术依赖关系。在M.2516中,介绍了新兴服务和应用的概要信息,以解释相应技术开发的需求和动机。它包括了:新兴服务和新应用的趋势;2030年及以后未来技术趋势的驱动因素
1、新服务和新应用
这里分描述了:潜在的新服务、趋势和机会;终端的多样性等。新服务和应用的用户在面向2030年及以后的IMT技术开发中发挥着重要作用,用户将需要获得服务、所需设备以及使用它们的知识。用户作为体验者和开发人员积极参与的机会将通过对技术和技能的更深入的理解而增加,从而允许为个性化需求塑造技术。特别是,到2030年及以后,IMT的作用可以被视为一种普遍的通用系统,而不是一种简单的使能技术,从而导致复杂的技术依赖性。到2030年及以后,IMT的新服务和应用趋势可以归纳如下表2-1所描述。
表 2-1:IMT-2030新的服务和应用趋势
2、2030年及以后未来技术趋势的驱动因素
IMT系统和底层技术的持续发展必须以满足基本需求的必要性为指导,并在如何帮助社会、最终用户和价值创造/交付方面进行背景化。这些必要性和关键驱动因素详见下表2-2的描述。在M.2516中,详细分析了2030年及以后IMT系统的主要驱动因素。
表 2-2:IMT-2030必要性和关键驱动因素
三、新兴的技术趋势和推动者
到2030年及以后,IMT-2030催生的新兴的技术包括但不限于:人工智能(AI)原生通信的技术;集成传感和通信的技术;支持通信和计算架构融合的技术;设备对设备(D2D)通信的技术;有效利用频谱的技术;提高能源效率和降低能耗的技术;原生地支持实时业务和通信的技术;提高可信度的技术;等等。M.2516对这些新兴技术的趋势和推动者进行了分析描述。
四、增强无线接口的技术
关键是,到2030年及以后的链路传输,IMT的高数据速率通信能力预计将比IMT-2020提高至少10~100倍,以实现1 Tbit/s的目标。因此,增强无线接口的技术包括:演进的调制、编码和多址接入方案;演进的天线技术(将采用新型天线阵列的E-MIMO,即极端MIMO(Extreme-MIMO));带内全双工通信;多物理维度传输(包括可重构智能表面(RIS)、全息无线电、轨道角动量(OAM)等技术);太赫兹通信(包括铅笔束太赫兹无线电技术、太赫兹收发器技术、太赫兹的频谱方面等);支持超高精度定位技术;等等。M.2516对这些增强无线接口的技术进行了分析展望。
另外,调制方法可分为正交、双正交和非正交三大类,对于这三大类调制方法中还有更多的新调制方法值得研究,具体详见下表4-1。
表 4-1:三大类调制方法中更多新的调制方法
关于可重构智能表面(RIS)使智能控制传播环境、提高传输可靠性和实现更高的频谱效率成为可能。RIS可适用于的场景详见下表4-2。
表 4-2:RIS可适用于的场景
五、增强无线网络的技术推动者
它包括:无线接入网(RAN)切片的技术;支持弹性和软网络以保证QoS的技术;新的RAN架构(包括支持RAN节点协同聚合、以用户为中心的体系结构等);支持数字孪生网络的技术;与非地面网络互连的技术;超密集无线网络部署的支持;增强RAN基础设施共享的技术;等等。M.2516报告对这些技术的推动进行了分析描述。
六、结论
总之,ITU-R的M.2516报告,通过考虑到2030年及以后的时间框架,描述了适用于无线接口、移动终端和无线接入网的地面IMT系统的技术趋势。这些趋势包括新兴技术和增强无线接口以及无线网络的技术。关于更高频段的进一步技术资料和可行性研究可在ITU-R的其它文件中找到,ITU-R正在编写一份关于100 GHz以上频段IMT技术可行性的报告。
事实上,对于IMT家族的不同阶段开始时,ITU-R都对其未来技术趋势进行了研究研判,并发表了相应的技术报告,其目的在于诱导科研、厂商等机构对于未来技术的开发与实现。
欲进一步了解其它IMT家族技术趋势研究内容的请进入: IMT-Advanced(M.2038报告);IMT-2020(M.2320报告)