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6G专项研究进展专刊

6G专项研究进展专刊序

尤肖虎
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 989-990
引用格式 尤肖虎. 6G专项研究进展专刊序. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 989-990, doi: 10.1360/SSI-2024-0139

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6G专项研究进展专刊

6G智能业务网络:愿景、架构与关键技术

廖建新, 戚琦, 王敬宇, 王晶, 庄子睿
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 991-1024

摘要 移动通信业务网络负责基础网络与业务应用之间的适配. 5G以前的业务网络是在建好基础网络以后,通过叠加逻辑网络方式构建. 6G时代,“场景驱动”将成为移动通信发展的主要演进范式,业务网络的重要性更加突出. 6G业务网络应与基础网络同步规划和建设,由6G全场景驱动设计,实现全场景全域按需服务.传统业务网络仅从独立视角设计安全认证、网络控制和能力开放等机制,难以实现细粒度、动态资源管控,无法高效适配6G全场景业务应用.为此,本文基于国家首批6G重点研发计划专项“全场景按需服务关键技术”项目成果与当前学术研究进展,梳理和总结了6G网络按需服务的挑战、6G智能业务网络的愿景和总体架构设计,设计了涵盖资源接入、能力开放与场景解析3个层次以及安全内生、智能内生和协作共享3个关键管控平面的6G智能业务网络,实现对全域资源的细粒度智能管控.最后结合大模型、元宇宙、绿色节能等技术与通信网络深度融合的趋势,展望了6G智能业务网络更加广阔的应用发展空间.

关键词 业务网络; 按需服务; 全场景; 智能内生; 协作共享; 大模型; 6G; service network; on-demand services; full-scenario; native intelligence; collaboration and sharing; large foundation model

引用格式 廖建新, 戚琦, 王敬宇, 等. 6G智能业务网络:愿景、架构与关键技术. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 991-1024, doi: 10.1360/SSI-2023-0328
Jianxin LIAO, Qi QI, Jingyu WANG, et al. 6G intelligent service networking: vision, architecture, and key technologies. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 991-1024, doi: 10.1360/SSI-2023-0328

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6G专项研究进展专刊

6G全场景按需服务:愿景、技术与展望

承楠, 陈芳炯, 陈文, 程志密, 杨清海, 李长乐, 沈学民
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1025-1054

摘要 6G移动通信系统面临着复杂动态的网络,其多样化的场景和个性化的需求为网络服务的提供和价值的实现带来了极大挑战.因此, 6G网络应转向“以服务为中心”的新范式,综合运用先进网络技术和多维网络资源在全域全场景实现按需服务.本文对6G全场景按需服务研究展开综述,首先对按需服务的必要性进行说明,梳理了全场景按需服务的研究价值;然后对其内涵、挑战和机遇进行了阐述;接着对于6G全场景按需服务的架构和关键技术进行了分析;最后展望了6G全场景按需服务的前景和潜在研究方向.

关键词 6G; 全场景按需服务; 知识; 意图驱动网络; 人工智能; omni-scenario on-demand service provision; knowledge; intent-driven networks; AI

引用格式 承楠, 陈芳炯, 陈文, 等. 6G全场景按需服务:愿景、技术与展望. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1025-1054, doi: 10.1360/SSI-2023-0323
Nan CHENG, Fangjiong CHEN, Wen CHEN, et al. 6G omni-scenario on-demand services provisioning: vision, technology and prospect. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1025-1054, doi: 10.1360/SSI-2023-0323

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6G专项研究进展专刊

面向超可靠低时延通信的有限块长MIMO传输理论与技术

沈弘, 朱鹏程, 刘平川, 孙羿, 李至诚, 张睿, 许威, 尤肖虎
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1055-1077

摘要 超可靠低时延通信是5G及未来6G无线通信系统的重要组成部分.针对该类通信场景,如何从MIMO传输的角度实现时延和可靠性的最佳折中,是近年来备受关注的一项研究课题.由于现有基于长包假设的经典MIMO传输体系难以满足系统对于时延和可靠性的严苛要求,亟需研究更具挑战性的有限块长MIMO传输理论和技术.本文围绕有限块长MIMO信息论、发射机以及接收机设计的已有研究工作进行全面总结,并重点介绍二维空时信道编码以及MIMO一体化接收机等新型技术,为显著提升超可靠低时延通信的性能提供指导.另外,本文简要介绍了作者所在课题组搭建的MIMO超可靠低时延试验验证平台,为后续相关理论与算法的验证奠定试验基础.

关键词 超可靠低时延通信; 有限块长; MIMO传输; 二维空时信道编码; MIMO一体化接收机; ultra-reliable and low-latency communication; URLLC; finite blocklength; MIMO transmission; 2D space-time channel coding; integrated MIMO receiver; MIMO

引用格式 沈弘, 朱鹏程, 刘平川, 等. 面向超可靠低时延通信的有限块长MIMO传输理论与技术. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1055-1077, doi: 10.1360/SSI-2023-0324
Hong SHEN, Pengcheng ZHU, Pingchuan LIU, et al. Finite blocklength MIMO transmission for URLLC: theory and technique. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1055-1077, doi: 10.1360/SSI-2023-0324

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6G专项研究进展专刊

6G无线空口传输技术研究进展与展望

杨刚华, 何高宁, 陈睿荣, 张朝阳, 杨照辉, 刘荣科, 杨涛, 陈达, 苏昕, 孙韶辉, 宋令阳, 曾书豪, 马啸, 蔡穗华, 王千帆, 白宝明, 李南希, 江甲沫
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1078-1113

摘要 自20世纪80年代以来,移动通信已彻底改变世界,对人们的生活产生了深远影响.在5G成功商用的今天,人们又开始思考6G会是什么样子.作为下一代移动通信系统, 6G不仅在频谱效率、时延、可靠性等通信KPI指标上提出了更高的要求,其内涵也将涉及人工智能、感知等新元素,远超传统意义上移动通信的范畴.为了实现6G愿景,迫切需要业界研究与之相适应的先进无线技术方案.本文重点介绍了6G无线空口多个研究方向的技术趋势和进展,包括信道编码技术、多址和波形技术、智能超表面技术、智能MIMO (multiple input multiple output)技术等,提出并初步验证了一系列创新技术点,如便车码、格码多址等.这些创新技术的提出,对6G愿景和KPI指标的实现起到有力的支撑作用.

关键词 第六代移动通信技术; 6G; 信道编码; 多址; 波形; 智能超表面; 智能MIMO; channel coding; multiple access; waveform; intelligent metasurface; intelligent MIMO

引用格式 杨刚华, 何高宁, 陈睿荣, 等. 6G无线空口传输技术研究进展与展望. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1078-1113, doi: 10.1360/SSI-2023-0331
Ganghua YANG, Gaoning HE, Ruirong CHEN, et al. Progress and prospect of 6G wireless air-interface transmission technology research. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1078-1113, doi: 10.1360/SSI-2023-0331

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6G专项研究进展专刊

6G信道新特性与建模研究:挑战、进展与展望

张建华, 王珩, 张宇翔, 唐盼, 于力, 许慧鑫, 刘亚萌, 刘西曼, 巩汇文, 田磊
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1114-1143

摘要 随着第六代移动通信(the six generation, 6G)的前沿研究在全球范围内陆续开展,工业界和学术界提出了多种新技术、新频段和新应用,如通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)、超大规模多输入多输出天线阵列(extra-large-scale massive multiple-input multiple-output, XLMIMO)、多频段通信、可重构智能超表面(reconfigurable intelligent surface, RIS)和空–天–地–海通信等,旨在提供更高速率、更低时延、更广覆盖的高可靠移动通信服务.信道是移动通信系统收发端之间信号承载的媒介,其深入的传播特性发现与精确的建模对6G系统的研发、评估和优化至关重要.因此本文首先回顾了第一代到第五代移动通信的信道研究发展趋势,指出了多频段、多场景和多种新技术趋势下6G信道研究面临的挑战.随后,详细总结了6G信道新特性研究的最新进展,包括ISAC信道的共享性、XL-MIMO信道的近场和空间非平稳性、RIS信道的级联特性,以及多频段信道频率依赖性等.然后,本文提出了一种面向6G标准的扩展几何统计性信道模型,将所发现的信道新特性纳入统一建模框架,所提模型后向兼容主流的高精度5G标准模型,便于代际更迭的信道仿真器实现.最后,指出了面向6G演进的信道特性与建模方法研究有待深入的问题,并聚焦6G网络自治化的未来愿景,展望了一种基于环境感知重构和人工智能预测技术的信道数字孪生新范式.

关键词 6G; 信道测量; 信道特性; 信道建模; 人工智能; 数字孪生; 通信感知一体化; 超大规模MIMO; 可重构智能超表面; 空-天-地-海通信; channel measurement; channel characteristics; channel modeling; artificial intelligence; AI; digital twin; integrated sensing and communication; extra-large-scale massive MIMO; reconfigurable intelligent surface; space-air-ground-sea communication

引用格式 张建华, 王珩, 张宇翔, 等. 6G信道新特性与建模研究:挑战、进展与展望. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1114-1143, doi: 10.1360/SSI-2023-0355
Jianhua ZHANG, Heng WANG, Yuxiang ZHANG, et al. Channel characteristics and modeling research for 6G: challenges, progress, and prospects. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1114-1143, doi: 10.1360/SSI-2023-0355

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6G专项研究进展专刊

6G无线覆盖扩展技术

许晓东, 韩书君, 赵芸, 王静贤, 何睿斯, 王德胜, 侯延昭, 费泽松, 张雪菲, 侯利明, 郭婧, 艾渤, 牛勇, 熊轲, 王方刚, 章嘉懿, 沈霞, 杜滢, 刘玲, 杜清河, 王碧舳, 孙梦颖, 张静璇, 谭力
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1144-1176

摘要 根据国际电信联盟关于IMT-2030愿景,第6代移动通信系统(the 6th generation mobile networks, 6G)的覆盖服务需求将从单场景覆盖向多场景覆盖扩展, 6G基础设施的部署也将逐步从2D覆盖向3D覆盖扩展、从局部覆盖向全球覆盖扩展、从中低频段融合使用向更高频段按需开启.上述需求使得6G在提升容量的同时,需要进一步考虑无线覆盖扩展需求.本文针对如何在6G网络结构时空尺度跨度大、全场景业务需求差异大、超密集覆盖能耗大等关键挑战下实现容量和能效约束下的覆盖能力扩展这一重大科学问题,首先提出了面向6G无线覆盖扩展的智能柔性组网架构;其次研究了面向6G无线覆盖扩展的关键技术,包括面向6G广域覆盖的多维立体空天地覆盖扩展技术、面向深度覆盖的超密集异构覆盖扩展技术和面向6G平滑度覆盖的超高速移动覆盖扩展技术;接着分析了基于语义通信的覆盖扩展技术;最后给出了6G全场景无线覆盖扩展仿真验证,通过定义6G无线覆盖扩展技术指标体系,进行了典型场景的覆盖性能仿真验证.

关键词 6G; 无线覆盖扩展; 组网架构; 关键技术; 指标体系; wireless coverage extension; networking architecture; key technologies; metrics

引用格式 许晓东, 韩书君, 赵芸, 等. 6G无线覆盖扩展技术. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1144-1176, doi: 10.1360/SSI-2023-0346
Xiaodong XU, Shujun HAN, Yun ZHAO, et al. 6G wireless coverage extension technologies. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1144-1176, doi: 10.1360/SSI-2023-0346

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6G星地融合移动通信关键技术

陈山枝, 孙韶辉, 康绍莉, 徐晖, 苏厉, 张晓燕, 胡博, 张伟, 虞志刚
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1177-1214

摘要 星地融合移动通信朝着“5G体制兼容、6G系统融合”的技术路径发展, 6G星地融合可以充分发挥卫星通信和地面移动通信各自的优势,极大地提高网络的覆盖能力和系统性价比,实现全球立体覆盖的目标.本文概述了星地融合移动通信发展背景与趋势,分析了6G星地融合移动通信需求与技术挑战,针对无线传输效率低、网络架构设计复杂、移动性管理难、网络质量保障难等系列问题,从无线传输、网络架构、资源管控和移动性管理、天基计算、频谱共享等多个方面开展6G星地融合移动通信关键技术研究.针对各关键技术,首先分析发展现状,然后提出创新技术,并开展相应的性能评估验证其有效性.

关键词 6G; 星地融合移动通信; 多波束协同; 弹性可重构网络架构; 频谱共享; 移动性管理; 天基计算; integrated satellite-terrestrial mobile communication; multi-beam coordination; flexible and configurable network architecture; frequency sharing; mobility management; space-based computing

引用格式 陈山枝, 孙韶辉, 康绍莉, 等. 6G星地融合移动通信关键技术. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1177-1214, doi: 10.1360/SSI-2023-0348
Shanzhi CHEN, Shaohui SUN, Shaoli KANG, et al. Key technologies for 6G integrated satellite-terrestrial mobile communication. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1177-1214, doi: 10.1360/SSI-2023-0348

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太赫兹通信感知一体化技术综述

陈智, 刘轲, 李玲香, 陈思思, 陈文荣, 王珍, 张波
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1215-1235

摘要 太赫兹通信具有频谱资源丰富、传输速率高、保密性强、易实现通信感知一体化等优势,在6G通信和空间通信等方面都具有重要的应用前景.然而,太赫兹频段的器件机理和传播特性迥异于微波频段:一是太赫兹波与现有器件材料的互作用效率较低,二是通信和感知的波形体制相互矛盾,三是太赫兹波传播的粒子效应突出.这些差异使得太赫兹通信感知一体化面临信号高效调控难、信号处理复杂度高、移动接入和覆盖受限3个难题.针对如何突破这些难题,本文将从系统架构、射频前端、波形产生、信号处理、组网的角度出发,介绍太赫兹通信感知一体化的背景、概念、特征、面临的挑战、需要解决的关键问题、一些研究进展,以及未来研究方向.

关键词 太赫兹通信; 通信感知一体化; 一体化架构; 一体化波形; 一体化组网; Terahertz communications; joint sensing and communications; integrated system architecture; integrated waveform; integrated networking

引用格式 陈智, 刘轲, 李玲香, 等. 太赫兹通信感知一体化技术综述. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1215-1235, doi: 10.1360/SSI-2023-0354
Zhi CHEN, Ke LIU, Lingxiang LI, et al. Survey of Terahertz integrated communication and sensing technology. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1215-1235, doi: 10.1360/SSI-2023-0354

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6G专项研究进展专刊

6G移动信息网络架构:从通信到一切皆服务的变迁

刘光毅, 张慧敏, 佟舟, 李娜, 陈天骄, 华美慧, 刘超, 彭程晖, 艾明, 崔琪楣, 潘志文
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1236-1266

摘要 5G与大数据、云计算和AI等技术的融合正在赋能千行百业的数字化转型,加速整个社会走向数字化和智慧化.面向2030年,社会发展的愿景将是“数字孪生、智慧泛在”,更加差异化和碎片化的业务场景将对移动通信网络提出全新的挑战,未来网络将从提供信息传输服务,拓展到信息感知、传输、存储、处理、利用等全过程服务,实现从传统通信网络向移动信息网络的重大转变.为了高效实现这一转变, 6G网络将通过通信、感知、大数据、计算、AI和安全等多领域技术的跨界融合,实现柔性、按需服务、至简、智慧内生、数字孪生和安全内生的网络设计,带来“按需服务”和“一切皆服务”的范式转变.本文从面向2030年的新应用需求、新技术趋势,以及5G网络面临的问题与挑战出发,分析6G网络发展的三大驱动力,提出6G网络架构的整体设计思路,并设计了“三层六面” 6G网络逻辑功能架构和实际部署架构,打造一站式提供通信、感知、计算、AI、大数据和安全等服务的全新能力,全面提升6G网络的业务和场景适应能力,实现面向全行业、全场景、全生态的按需服务,在有效解决5G网络面临的高成本、高功耗、操作和维护难等主要问题的同时,全面赋能“数字孪生、智慧泛在”社会发展愿景的实现.

关键词 6G; 网络架构; 柔性至简; 按需服务; 智慧内生; 数字孪生; 安全内生; network architecture; soft and lite network; on-demand service; native AI; digital twin; native security

引用格式 刘光毅, 张慧敏, 佟舟, 等. 6G移动信息网络架构:从通信到一切皆服务的变迁. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1236-1266, doi: 10.1360/SSI-2023-0339
Guangyi LIU, Huimin ZHANG, Zhou TONG, et al. 6G mobile information network architecture: migrate from communication to XaaS. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1236-1266, doi: 10.1360/SSI-2023-0339

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6G专项研究进展专刊

面向6G网络的高可靠低延时通信计算与控制

牛志升
中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1267-1282

摘要 未来6G网络的业务主体将转变为赋能千行百业的智能物联网应用,因此在提供高可靠低延时通信(ultra-reliable and low-latency communications, u RLLComm)的同时,还要实现高可靠低延时的智能计算(uRLLComp)与智能控制(uRLLCtrl)(以下简称uRLLC3).这对于传输环境、业务需求与网络资源配置均高度动态变化的移动网络来讲是一个巨大挑战.本文面向6G时代的智慧网联与网联智能,从排队论中几个超越直觉的定理出发,尝试为u RLLC3的实现提供一些有益启示,并系统地给出实现高可靠低延时通信、计算与控制的理论与方法.同时,以未来智慧网联汽车的智能控制为例,在描述信息新鲜度的信息年龄(age-of-information, AoI)性能指标的基础上,提出一种新的信息时效性表征指标——信息紧迫度(urgency-of-information, UoI),并在此基础上给出几种UoI意义上最优的移动终端调度与控制算法,验证所提UoI指标的有效性.

关键词 移动通信; 6G; 高可靠低延时; 车联网; 信息年龄; 信息时效性; mobile communication; ultra-reliable and low-latency; vehicular network; age of information; information timeliness

引用格式 牛志升. 面向6G网络的高可靠低延时通信计算与控制. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(5): 1267-1282, doi: 10.1360/SSI-2023-0336
Zhisheng NIU. uRLLC3: ultra-reliable and low-latency communication, computing, and control for 6G networks. Sci Sin Inform, 2024, 54(5): 1267-1282, doi: 10.1360/SSI-2023-0336