清华大学团队展望6G通信创新方向：从系统视角推动技术变革
清华大学团队展望6G通信创新方向：从系统视角推动技术变革
随着5G技术的商用化，6G技术的研究和开发已经成为全球科技领域的热点话题。清华大学团队在《Engineering》期刊上发表的题为“A Systematic Perspective on Communication Innovations Toward 6G”的观点述评文章，从系统视角出发，全面分析了6G通信技术的发展方向，为学术界和产业界提供了重要的参考。
回归6G需求源头
6G应是需求导向的网络，需满足物理、连接和服务层面的新需求，如广域覆盖、更高性能和服务质量等。然而，1G - 5G主要解决本地独立同分布需求，6G则需应对广域场景下的复杂不确定需求。
以广域宽带覆盖为例，我国偏远地区宽带覆盖不足，海洋宽带覆盖缺失，传统蜂窝模式难以实现广域覆盖。因此，需重新思考多种技术发展方向，如采用新天线结构、建立全频段电磁传播模型、探索新基带技术、设计新协议栈和回程设备等，以满足6G广域宽带覆盖需求。
此外，6G服务更加多样化，现有5G网络架构难以满足其QoS要求。应考虑云、网络、边缘和终端的技术升级，如探索云数据中心智能化发展、通过软件定义网络支持定制化QoS、建立边缘安全机制和实现终端模块化设计等。人工智能将在这些技术迭代升级中发挥重要作用。
网络架构向6G演进
现有5G网络难以满足新需求，向6G演进的网络架构应提上日程。网络架构发展应以需求为导向，满足多样化全球数字服务需求。受介观科学启发，卫星-地面一体化网络架构有望提供泛在网络服务，分为服务集成、网络协议集成和空中接口集成三个层次，实现卫星与地面网络的融合。
同时，应考虑网络效率和用户体验质量，权衡灵活性和复杂性，设计结构化和模块化协议栈，提高协议集成效率。网络安全也至关重要，应建立安全评估准则和跨域协同管理机制，控制恶意流量，提高资源利用效率。
图 1. 面向6G的卫星-地面网络集成架构
频率资源的分配和开发
频谱资源稀缺，现有资源分配和利用方法不适合6G应用场景。按需分配资源是潜在解决方案，可避免资源浪费，提高利用效率，但会产生动态需求与资源匹配等问题。
需从系统角度完成按需分配资源工作，将多系统优化问题转化为多域协同优化，考虑资源粒度、挖掘资源特征、设计动态匹配规则等。此外，还需探索太赫兹频段等新资源和空间指向等新利用方法，满足6G系统级需求。
图 2. 多域资源协同利用示意图
范式转变的基础研究
面向系统的时代，6G基础研究需新范式。应从系统角度解决问题，包括提供系统性解决方案、基于应用需求选择技术、探索变革性新途径构建新系统。当前基础研究强调需求导向，如语义通信研究，可通过先验知识减少传输数据量，转变通信架构，降低带宽需求。
此外，6G发展还需解决跨域传输和跨介质传输中的系统级问题，建立统一规范和验证方法，开展跨介质信道模型和信号处理等基础研究。基础研究应关注系统性问题，建立技术支撑网，研究人员应介入产业链，发挥更大作用。
结语
文章从系统视角全面分析了6G通信创新方向，包括需求源头、网络架构、频率资源和基础研究等方面，为6G技术发展提供了重要参考，助力学术界和产业界推动6G技术进步。