6G研究指向一种可以显著提高无线容量、覆盖范围与效率的全新低频段系统频谱设计

全新6G低频段频谱设计可以通过以下方式使所有生态系统参与者和终端用户受益：

• 增加容量并提供更加可靠的连接性。
• 推动实现更好的经济效益，在大规模范围内启用各种新用例。
• 最终提高体验质量，这一点对于客户满意度至关重要。

无线技术正在持续演进，不断改善人类与世界联系和互动的方式。从促进移动通信到支持环境传感和沉浸式扩展现实 (XR) 等各种全新应用方式，无线技术创新的影响力与日俱增。事实上，无线连接已成为我们实现全域智能计算愿景的重要组成部分。

为了满足未来十年乃至更长时间的连接需求，我们正在推动所有领域的技术进步，同时专注于发展无线基础架构，优化系统效率，并将新兴用例大规模应用于生活方面。据行业预测，全球移动数据流量将持续增长，预计到2030年将比2023年翻两番，复合年增长率 (CAGR) 达到23%。这一增长主要得益于移动宽带以及人工智能服务带来的新用例。这些趋势凸显了采取积极主动战略的必要性，以确保新的网络能够支持未来需求。

满足网络覆盖范围和容量需求至关重要；没有足够的支持，即使是最简单的用例也存在失败的风险。在技术基础之上进行网络构建对于释放下一代无线连接的全部潜力至关重要。

在6G Foundry系列的第6部分中，我们将看到针对6G的全新低频段频谱系统设计如何实现无线系统覆盖范围和容量的提升。

在现有低频段频谱方面进行创新

6G技术提供了一个千载难逢的机会，可以重新进行低频段和中频段频谱（例如：低于3GHz的频率）设计，这一进程的驱动因素还包括全球范围内对旧一代网络（例如：2G和3G）频谱进行重新分配的趋势。目标频谱（例如：900 MHz、1800 MHz、2100 MHz）仅处于低频段和中频段。重新分配这些频段可以释放现有带宽，将其用于所要部署的、具有更高效率的技术，从而实现潜在的显著频谱效率提升。

与此同时，蜂窝系统的规模在这类频段中显著扩大，带宽提高至20 MHz以上，设备端天线的数量从1Tx2Rx扩展到至少2Tx4Rx。此外，在过去几十年里，调制解调器的处理能力增加了100多倍。这些基本设计假设的改变推动了对于全新空中接口设计的需求，其目标是在5G基础上实现实质性的性能提升，主要聚焦于在FR1 C频段（例如：3.5 GHz）和FR2毫米波频段（例如：28/39 GHz）内启用新的时分双工频段。

低频段频谱的性能改进对于智能手机、可穿戴设备和物联网 (IoT) 等广域用例非常重要。

全新低频段频谱设计的目标是要整合能够共同实现频谱效率显著提高和覆盖范围增益的多项关键技术。下面我们将深入解析具体细节。

通过6G技术推动所有频段范围的容量和覆盖范围。

低频段与中频段FDD的全新设计技术

在低频段和中频段FDD频谱带（例如：800 MHz, 900 MHz）内，全新6G基带设计的目标是在5G基础上将容量提高50-70%，同时无需更换小区射频设备。下文提供了一些使能技术：

• 频谱限制：与5G FDD设计相比，通过先进的信号处理，6G技术可以减少载波之间的保护带，从而在相同带宽的情况下容纳更多的信号。
• 数字命理校准：通过数字命理校准，可以实现中频FDD和TDD更加无缝的集成。利用相同的数字命理，可以实现中频FDD和TDD之间的调度节拍同步，以增强协同操作，从而提高用户体验和网络效率。
• 调制、编码、多输入多输出映射：全新6G基带设计可以采用增强的低密度奇偶校验（LDPC）信道编码、星座整形和全新多输入多输出映射，从而在5G设计的基础上，在FDD频段中实现20%以上的改进。
• 下行链路多输入多输出：与5G eType-II信道状态信息（CSI）相比，利用多输入多输出信道状态反馈设计以及先进的信号处理和AI技术，可以为下行链路多用户多输入多输出场景带来至少20%的额外增益。
• 上行链路增强：与5G NR相比，通过波形、调制和多输入多输出波束成形方面的联合设计，可以在上行链路中实现2dB增益。此外，与5G相比，经过改进的上行链路天线选择和先进的电源管理可以在中低频段实现额外的2-3dB增益。
• 参考信号和混合自动重传请求设计：6G参考信号设计将融合4G小区特定参考信号（CRS）和5G解调参考信号（DMRS）的最佳元素。结合全新的混合自动重传请求（HARQ）和速率适配框架，可以在先前增强设计的基础上，在上行链路和下行链路范围实现额外的15-20%增益。

低频段与中频段FDD改进。

中频段TDD的全新设计技术

将我们的重点转移到7GHz以下的中频段TDD频谱。在6G时代，这些广域容量频段将继续发挥重要作用，我们预计这些频段将持续取得进展。下文提供了可以进一步提高该频段性能的某些技术：

• 频谱效率：全新6G基带旨在将TDD频段的频谱效率提高30%至50%。在此基础上，6G技术可以通过先进的基带技术（例如：调制、编码、多输入多输出映射、交错、数据和控制信道、参考信号、以及相干多输入多输出波束形成）显著提高数据速率，同时还提高了频谱效率。
• 区域效率：与5G相比，6G物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）的几项关键创新（例如：全新混合自动重传请求和速率控制框架，经过简化的TDD和载波聚合设计）可以协同配合，以提高实施效率。此外还可以促进网络和设备在峰值包络时优化有关区域效率的性能。预计第一台6G调制解调器可以实现比第一台5G调制解调器高得多的峰值数据速率，同时还可以大幅度提高区域效率。
• 能源效率：6G频谱效率的提高自然会转化为更好的能源效率。预计这类设计可以将负载小区的网络能耗降低30%至50%。此外，可以通过诸如精简初始接入、减少常开信号、增强适应框架、低功耗唤醒信号 (WUS) 、更高用户设备自主竞争的上行链路传输、以及快速宽带接入协议设计等技术进一步提高轻载或卸载小区的能源效率。

6G技术可以提高中频段7GHz以下TDD的性能和效率。

目标是增强6G所有适用频段的覆盖范围

经过更新的设计还可以提高所有频段的覆盖范围 – 这是我们进行6G技术研究的另一个关键优先事项。

在6G系统中，我们一直致力于为所有频段的上行链路和下行链路开发原生覆盖设计。我们的目标是通过各种创新技术实现显著的覆盖范围增益。例如，我们将为下行链路引入精简的广播控制信道，为数据信道引入更为灵活的时隙绑定，为上行链路引入更为通用的离散傅立叶变换-扩展（DFT-S）波形族设计。

从6G技术的第一个版本开始启用这些原生覆盖设计可以带来最大限度的益处。这种方法确保所有6G设备从一开始就能从强大的覆盖中受益，而不是等待以后版本的增强。下面是可以改善下行链路和上行链路覆盖的详细技术介绍。

6G从一开始就可以增强所有频段的覆盖范围

推进计划

6G技术将推进5G奠定的坚实基础。在5G基础上，预计全新的6G基带设计将在低频段和中频段实现50-70%的容量提升，同时无需升级蜂窝基站射频或天线硬件。与从4G长期严禁技术升级到5G的FDD相比，这属于显著的改进，后者只能逐步提供10-15%的容量提升。

6G技术富有前景的一个方面是它有可能通过多频段频谱共享（MRSS）技术与现有的5G FDD和TDD频段无缝集成。这种方法可以促进向6G技术的高效和快速过渡。

在接下来的几个月里，我们期待着分享目前所进行研究的更多细节。在我们探索无线连接的未来时，请保持连接以获取更多更新内容。

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参考文献：

1: 全球移动通信系统协会。（2024年）。2024年移动经济。2024年12月2日检索自：https://www.gsma.com/solutions-and-impact/connectivity-for-good/mobile-economy/。

关于作者

江京

高通技术公司高级技术总监

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