用于城市室外蜂窝的中高频段6-20 GHz, 用于极端覆盖的低频段460-694MHz, 以及用于峰值数据速率超过100 Gbps的次太赫兹。
7–20GHz的新中高频谱用于城区容量 470–694MHz的新低频谱可实现极致覆盖 超过90GHz的新太赫兹频谱可实现最高峰值数据速率和传感。
主要的新6G频段在下图中的频谱蛋糕模型所示。7-20GHz频谱是提供广域容量的关键。它可以在极高的容量和良好的覆盖范围之间实现出色的平衡,该频谱将为城市宏小区容量提供强劲的发展。 传统的低于1GHz的频谱可以提供极端的覆盖范围,而90GHz以上的频谱可以提供极端的数据速率。根据频谱可用的时间,5G-Advanced可能首先在其中一些频段部署。
通过使用更多频谱和更高频谱效率的系统以及更大的天线阵列可以增加小区容量。同样的移动网络演进方法从2G,0.2MHz带宽和3G,5MHz带宽一直延续到4G,20MHz带宽和5G,100MHz甚至更大载波带宽。与此同时,频谱效率的大幅提高主要是通过使用更多天线元件实现的:4G 使用 2x2 MIMO和4x4MIMO及更高阶MIMO,而5G受益于大规模mMIMO。预计同样的发展将在6G中继续,带宽可扩展至400MHz以上,天线元件数可达1024个甚至更多。目标是通过在增强mMIMO天线系统中使用非常窄的波束,将平均频谱效率从10bps/Hz提高到50bps/Hz,这将允许使用相同的时频资源在同一小区中复用大量设备。与5G相比,假定频谱效率提高5倍还需要在终端配备更大的天线阵列。6G下行小区容量目标举例如下图所示:
目前的技术水平使我们能够制造高效的32-64TRX大规模MIMO天线。6G宏小区的目标是大幅增加TRX数量,这需要在尺寸、成本和功耗方面非常先进的射频前端解决方案。提高功率放大器的功率效率是降低成本和尺寸的一种方法。上下行转换以及模数和数模转换的功耗也随着TRX的数量而变化。这些转换器电路的mMIMO中单个TRX的当前估计约为2W至3W,这意味着当使用大量TRX时,这些电路的功耗非常高。因此,应考虑替代方法,例如由于混合波束成形将1024元件天线面板分成多个具有大型模拟波束的子面板,这将导致在相同频谱效率下使用更少的TRX数量。另一种节能技术是降低模数转换的分辨率。另一个重要的前端要求是带宽。为了最大限度地减少前端模块变体的数量,在保持效率的同时拥有较宽的带宽至关重要。最后,应仔细设计带有转换器的集成处理SoC和前端模块之间的接口,以便可以轻松地将处理SoC与各种前端模块耦合。
Part6:Beamforming algorithms
随着在7-20GHz频段内所使用的频谱越来越高,可能需要逐渐转向模拟波束成形。因此,有必要仔细考虑混合波束赋形架构,其中可控模拟波束赋形与数字波束赋形无缝耦合,以便在给定部署环境下以最低成本实现最高性能。在混合波束形成中,波束是通过在同一阵列上结合数字和模拟来共同创建的。需要实施考虑到这一点的新算法。为了纳入这些约束,使用深度神经网络进行计算来生成最佳波束成形权重。由于UE中可以在7-20GHz 的较高频率范围内使用更大的阵列,因此网络和UE中的组合波束成形对于实现高频谱效率至关重要。
Part7:High capacity baseband and fronthaul
下图展示了三扇区站点的基带和前传需求的一个例子。由于更高的带宽和更高的频谱效率,预计6G要求将比5G高20倍。对于400MHz 64 层mMIMO天线,所需的前传容量约为500Gbps,这定义了光传输要求。第1层峰值单元吞吐量将为100Gbps,这定义了基带处理要求。如果每比特的算法复杂度因为AI接收器而从5G增加到6G,则对基带硬件的处理能力要求更高。
Part8:Energy efficiency
仅靠技术进步并不能提供足够的节能效果。到2030年,随着越来越多的实体致力于实现其积极的气候变化目标,节能网络设计将变得非常重要。所有系统都将受到严格审查,以尽量减少能源消耗。 必须在组件、节点和系统级别引入新的节能模式。 在组件级别,数字SoC的设计应确保SoC的不同部分能够快速关闭和打开,并且在关闭状态期间消耗的电流最小。 空中接口的设计应该有助于进入这种省电模式。 由于处理分布在多个SoC上,因此应该可以在负载较少的情况下灵活地将处理分配给较少的单元,以节省功耗。 天线阵列还应该是灵活的,以便通过关闭一些TRX来在较小负载下降低整体功耗。
总之,未来的广域移动网络可以提供比当前5G网络更多的容量。当部署很大程度上仅限于使用现有宏站点时,主要解决方案是7-20GHz的新中高频频谱、超大规模MIMO天线和波束成形优化的空中接口。网络容量的这种提升需要全球合作来提供频谱块。 同时还需要底层技术的创新,使超大规模MIMO可行,包括射频架构和前端技术、人工智能优化的波束成形、基带处理能力和提高的功率效率。