6G移動(dòng)通信中的未來應(yīng)用與服務(wù)類型探討

夏鵬銳

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

一直以來，無線通信的發(fā)展是由更高的速率需求驅(qū)動(dòng)的。隨著萬物互聯(lián)網(wǎng)（Internet of Everything，IoE）的出現(xiàn)，為連接海量的機(jī)器與人，以速率為中心的增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）服務(wù)正在逐步轉(zhuǎn)向高可靠低延遲通信（Ultra Reliable &Low Latency Communication，URLLC）。5G通信被看成IoE的使能技術(shù)，一些基礎(chǔ)的IoE與URLLC服務(wù)也正在用于工廠自動(dòng)化。同時(shí)，新的IoE服務(wù)正在不斷出現(xiàn)與發(fā)展，如擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（ Extended Reality，XR）服務(wù)，其中包含增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）以及虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）。其他的IoE服務(wù)包括觸覺通信、飛行載具、腦機(jī)接口以及全連接的自動(dòng)系統(tǒng)等。

1 驅(qū)動(dòng)6G的應(yīng)用

為支持以上的IoE服務(wù)，無線通信系統(tǒng)必須同時(shí)在上行與下行鏈路為眾多的異構(gòu)器件提供高可靠性、低延遲以及高數(shù)據(jù)速率。下一代基于VR和AR的應(yīng)用，如全息傳送將需要微秒級(jí)的延遲與Tb/s級(jí)的數(shù)據(jù)速率，而這超出了當(dāng)前的5G系統(tǒng)性能指標(biāo)[1-3]。5G和6G通信系統(tǒng)在一些重要性能參數(shù)上的比較如表1所示。

表1 5G與6G參數(shù)比較

每一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步都是由創(chuàng)新性的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的。下面將介紹多感知XR應(yīng)用、全連接的機(jī)器人與自動(dòng)系統(tǒng)以及無線腦機(jī)交互3種新型應(yīng)用。

1.1 多感知XR應(yīng)用

XR將產(chǎn)生一系列面向6G的殺手級(jí)應(yīng)用。XR應(yīng)用需要非常低的延遲，而5G系統(tǒng)仍不能捕獲所有的感知輸入，無法提供全方位沉浸式的體驗(yàn)。真正的沉浸式AR、MR以及VR體驗(yàn)需要工程上（無線通信、計(jì)算以及存儲(chǔ)等）和源于人類感官、認(rèn)知以及心理的感知要求。最低與最高感知要求與限制必須被考慮到工程研究過程（計(jì)算和處理等）中。因此，對(duì)人體體驗(yàn)質(zhì)量（QoPE）的度量將會(huì)非常重要。影響QoPE的因素包括大腦認(rèn)知、人體生理學(xué)以及姿態(tài)等。在這方面的研究工作已有一些進(jìn)展，如在URLLC的范圍內(nèi)，人腦能夠區(qū)分不同的延遲[4]。視覺與觸覺是最大化資源利用的關(guān)鍵，XR業(yè)務(wù)要求的是傳統(tǒng)URLLC、eMBB以及相關(guān)人體感知因素的混合。

1.2 全連接的機(jī)器人與自動(dòng)系統(tǒng)（CRAS）

CRAS的即時(shí)部署是6G系統(tǒng)的一項(xiàng)主要推動(dòng)力量，包括無人機(jī)運(yùn)貨系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛汽車、自動(dòng)無人機(jī)蜂群以及自動(dòng)機(jī)器人等。對(duì)于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)來說，引入CRAS不僅僅是一項(xiàng)“短包上行IoE業(yè)務(wù)”，同時(shí)CRAS會(huì)提出控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)延遲方面和eMBB高清地圖傳輸方面的要求。對(duì)于CRAS來說，QoPE概念再一次適用，只不過此時(shí)所處的物理環(huán)境是可能涉及AI增強(qiáng)的控制系統(tǒng)。

1.3 無線腦機(jī)交互（BCI）

最近出現(xiàn)的無線腦機(jī)接口與移植將會(huì)為此領(lǐng)域帶來革命性的變化，需要引入6G連接性的新用戶場(chǎng)景。使用BCI技術(shù)取代智能手機(jī)，人們將會(huì)通過分離器件，如可穿戴的、可植入的以及嵌入到周邊環(huán)境中的器件與環(huán)境和其他人進(jìn)行互動(dòng)。這使得個(gè)人能夠通過手勢(shì)來控制周圍環(huán)境，通過視覺、聽覺以及觸覺等信息來與他人通信。此類的情緒與觸覺通信，伴隨相關(guān)的情感計(jì)算。其中情感驅(qū)動(dòng)的器件具有基于用戶情緒的匹配功能，將會(huì)構(gòu)成6G移動(dòng)通信中的主要用例。此外，BCI服務(wù)將需要完全不同的性能度量。與XR類似，BCI服務(wù)需要高速率、低延遲以及高可靠性。然而，無線BCI在人體感知上將會(huì)更敏感，這需要QoPE來保證。

2 新的6G服務(wù)類型

毫無疑問，以上所述的6G通信系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)的新應(yīng)用將會(huì)驅(qū)使產(chǎn)生新的服務(wù)類型。主要包括移動(dòng)寬帶高可靠低延遲通信（MBRLLC）、大規(guī)模URLLC（mURLLC）以及以人為中心的通信服務(wù)。

2.1 移動(dòng)寬帶高可靠低延遲通信（MBRLLC）

為支持像XR、無線BCI以及CRAS之類的應(yīng)用，5G中eMBB與URLLC間的區(qū)分將越來越不明顯。由于這些應(yīng)用不僅需要高可靠性和低延遲，同時(shí)還需要5G eMBB級(jí)別的數(shù)據(jù)速率，因此可以展望的是在6G中將出現(xiàn)融合了eMBB與URLLC各自特點(diǎn)的新業(yè)務(wù)類型，即移動(dòng)寬帶可靠低延遲通信（Mobile Broadband Reliable Low Latency Commucation，MBRLLC）。MBRLLC使得6G通信系統(tǒng)能夠在速率、可靠性以及延遲空間內(nèi)取得所需的理想性能。其中，能量有效性是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，不僅在于其對(duì)可靠性和速率的影響，更在于6G設(shè)備的資源受限特性。

2.2 大規(guī)模URLLC（mURLLC）

5G URLLC給IoE應(yīng)用（如智能工廠）提供了滿足可靠性和延遲要求的上行鏈路。然而，6G需要擴(kuò)張5G傳統(tǒng)URLLC的器件規(guī)模，這會(huì)帶來新的大規(guī)模URLLC服務(wù)，一種融合了URLLC和mMTC特性的新技術(shù)，即mURLLC。與基于平均值指標(biāo)（如平均吞吐量和時(shí)延）的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不同，mURLLC需要考慮可靠性、延遲以及可擴(kuò)展性上的均衡[5]。

2.3 以人為中心的通信服務(wù)

5G提供了一系列諸如基本的AR和VR服務(wù)、高清視頻流以及網(wǎng)絡(luò)電視等服務(wù)。與5G不同，以人為中心的通信服務(wù)需要一種新的度量標(biāo)準(zhǔn)。這種度量標(biāo)準(zhǔn)著重于人的生理體驗(yàn)。因而以人為中心的通信服務(wù)考慮的將不僅僅是傳統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS），而會(huì)是QoS與體驗(yàn)質(zhì)量（Quality of Experience，QoE）的結(jié)合。

3 結(jié) 論

5G移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠提供一些簡(jiǎn)單萬物互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，但隨著新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)有的5G移動(dòng)通信系統(tǒng)將逐漸不能勝任。本文探討了6G移動(dòng)通信中可能會(huì)支持的未來應(yīng)用，如多感知XR應(yīng)用、全連接的機(jī)器人與自動(dòng)系統(tǒng)以及無線腦機(jī)交互，還介紹了支持相關(guān)應(yīng)用的服務(wù)類型，以期可以為6G的發(fā)展提供參考。