背景：

    2022年11月ITU发布ITU-R  M.2516-0，面向2030年及未来国际移动通信技术趋势的报告。该报告的原文请参见网址：https://www.itu.int/pub/R-REP-M.2516，感兴趣的读者可以下载阅读原文。

正文：

《面向2030年及未来国际移动通信技术趋势》报告对地面国际移动通信（下文中简称：IMT）系统的未来技术方面进行了广泛展望，考虑到 2030 年及以后的时间框架，并对关键的新兴服务、应用趋势和相关驱动因素进行了描述。该报告中描述的技术是未来可能应用的潜在技术推动因素的集合。它是地面 IMT 系统技术推进手段的工具箱，包括通过技术进步及其部署实现 IMT 的演变。该报告对新兴服务和应用概述、新兴技术趋势和推动因素、空口和无线接入网增强技术进行了广泛的展望。下文就从这四个方面为大家尽可能简要、全面地进行介绍。

一、      新兴服务和应用概述

面向2030年及未来，人类社会将从移动互联，到万物互联，再到万物智联。使用新服务和应用的用户对于IMT技术发展将变得非常重要，用户需要获得服务、所需设备以及使用它们的知识。通过对技术的深入了解，和为满足个体化需求而塑造技术的技能，用户增加了主动参与实验和开发的机会。特别是，国际移动通信技术在 2030 年及以后的作用可以被视为一种普遍的通用系统，而不是一种简单的赋能技术，从而导致复杂的技术依赖关系。

该报告认为，新服务和应用场景包括：全息通讯、触觉和触觉互联网应用、网络与计算融合、超高速接入、万物互联、扩展现实(XR)、多维传感、数字孪生、机器通信、智能扩散、全球无缝覆盖，共11种应用场景。上述应用场景大致可分为两类，一类场景是以人为本提供服务的，如全息通信、触觉互联网应用、扩展现实(XR)、多维传感等；另一类场景是为机器或者是人工智能（AI）提供服务的，如网络与计算融合、万物互联、机器类型的通信、智能扩散等。此外，报告指出：迄今为止，人类一直是数据的主要消费者。然而现在已看到智能机器的出现也会消耗大量数据。未来以可穿戴设备、皮肤贴片、生物植入物和外骨骼为形式的各类终端有望与最先进的人机界面（如手势、触觉和大脑传感器）相结合，从而扩展并成为新的产业。除了智能手机，集成了多传感器和智能功能的一些非携带终端，如汽车、无人机、船只和机器人将在未来社会的方方面面扮演越来越重要的角色。终端的多样化将引领新的垂直领域出现并蓬勃发展。

报告对2030年及以后的技术趋势做了如下展望：

l  能源效率

长期以来，能源效率一直是网络和终端的重要设计目标之一。在提高能效的同时，也应尽可能降低总能耗，以实现可持续发展。回程和本地接入都需要高能效技术解决方案，以利用小型可再生能源。

l  数据速率、延迟和抖动

未来系统的数据传输速率应尽可能提高，以支持极高带宽服务，如极具沉浸感的虚拟现实和全息通信。

具有实时和精确控制功能的服务通常对通信延迟有很高的要求，如空中接口延迟、端到端延迟和往返延迟。

抖动是指延迟变化的程度。未来的一些服务，如对时间敏感的工业自动化应用，可能会要求抖动接近于零。

l  感知分辨率和精度

基于感知的服务，包括传统定位以及成像和绘图等新功能，将广泛集成到未来的智能服务中，包括室内和室外场景。为提供更好的服务体验，需要极高的精度和分辨率。

l  连接密度

指单位空间内已连接或可访问的设备数量。它是衡量移动网络支持大规模终端设备能力的重要指标。随着物联网的普及以及工业自动化和个人医疗保健等特定应用中终端接入的多样化，移动系统需要具备支持超大规模连接的能力。

l  覆盖和全面连接

未来的网络应能通过异构多层架构实现全球覆盖和全连接。全连接网络应支持根据应用需求和网络状态智能调度连接，以提高资源效率和服务体验。

l  移动性

指在特定服务质量（QoS）要求下支持的最大速度。未来的系统将不仅支持陆地上的终端（如高速列车），还将为飞机、无人机等终端提供服务。

l  频谱利用

随着 2030 年及以后新服务和新应用的出现，可能需要更多频谱来适应爆炸性的移动数据流量增长。可进一步研究中低频段的新用途，并将其扩展到更高的频段，从而具有更宽的信道带宽。。要在有限的带宽内实现高吞吐量，必须巧妙利用多个频段，并通过先进技术提高频谱效率。

l  以用户为中心的简化网络

简化的以用户为中心的网络是一个全球统一的接入网络，其架构简单，通过即插即用、按需部署的融合通信协议和接入技术，具有强大的信令控制能力、精确的网络服务和高效的传输能力。以用户为中心的网络实现了完全分布式/分散式网络，减少了单点故障，并实现了用户控制数据所有权，这对下一代网络至关重要。

l  内生人工智能

未来的移动系统应具备更强大的功能，支持更多样化的服务，这将增加网络的复杂性。未来网络中需要人工智能推理的地方都将是原生的，包括物理层（PHY）设计、无线电资源管理（RRM）、网络安全和应用增强，以及网络架构，从而形成多层深度集成的智能网络设计。未来的网络还将支持分布式人工智能即服务，以实现更大规模的智能化。

l  安全性/可信性

2030 年及以后的国际移动通信应尽力支持嵌入式端到端信任，使网络的信息安全水平大大高于当今的网络。需要定义信任模型、信任政策和信任机制。

l  动态可控的无线电环境

可动态控制的无线电环境可以改变无线电传播环境的特性，从而创造有利的信道条件，支持更高的数据传输速率通信并改善覆盖范围。

二、      新兴技术趋势和推动因素

1.      人工智能通信技术

报告用了很大篇幅介绍人工智能在未来通信系统中的应用。人工智能在图像、视频和音频信号处理、数据挖掘和知识发现等方面的成功，使无线通信向智能模式转变成为可能。人工智能技术为未来通信网络的设计和优化提供了新的思路。利用人工智能通信技术，有望大幅提升网络的性能与用户体验。

l  人工智能内生空口

近年来，在无线通信中应用人工智能和机器自主学习已获得广泛关注。深度神经网络可以描述特定甚至未知的信道环境和网络环境，即流量、干扰和用户行为，然后根据信道和网络环境调整无线电信令。通过学习，特别是深度神经网络的黑盒建模和超参数化能力，只要有足够的数据，就能正确地学习底层信道的未知因素。学习到的模型可以通过迁移学习转移到相邻节点。它为空口设计提供了新途径。收发连接中的几个组件有望通过基于人工智能/移动语言的算法来实现。从而优化数据和控制平面信令，提高整个系统的性能。

l  人工智能内生无线电网络

最高级别的人工智能内生无线电网络预计将由人工智能设计和实现，作为智能无线电网络，可根据特定要求/目标/命令或环境变化自动优化和调整网络。研究内容包括实现智能无线电网络的高层协议、网络架构和网络技术。

l  支持人工智能服务的无线电网络

无线网络将从顶层设计向人工智能时代迁移。数据拆分和模型拆分方法将是未来研究的重点。这对未来网络设计的影响有三方面：从以下行链路（DL）为中心的无线电转向以上行链路（UL）为中心的无线电通信；从核心网络转向深度边缘；从云化转向机器自主学习。

2.      感知与通信的融合技术

长期以来，包括物体探测、测距、定位、跟踪、成像等在内的无线感知技术一直是与 IMT 系统并行独立发展。在未来的通信系统中，由于可能使用极高的频段（例如从毫米波到太赫兹）、更宽的带宽、更密集的部署、更大的天线阵列，以及通信节点/设备之间的人工智能和协作等新功能，感知将成为与通信系统集成的新功能，以实现更高精度的创新服务和解决方案。

3.      支持通信与计算架构融合的技术

鉴于数字孪生、网络物理系统、混合现实和工业/服务机器人等成为重要的应用案例，因此计算服务和数据服务有望成为 2030 年及以后新兴 IMT 系统不可或缺的组成部分。为了解决在实现这些案例时支持通信和计算架构融合方面的挑战性问题，可以参考以下技术：

l  网络边缘处理数据，以实现实时响应、降低数据传输成本、提高能效和保护隐私

l  分片计算利用网络上可触及的计算资源来克服移动设备计算能力的限制。同时延长电池寿命，因为设备可以将繁重的计算任务卸载到网络中可用的计算资源上。为身临其境的虚拟现实技术、移动全息图和数字孪生等未来应用需要大量计算能力提供支持。

4.      设备到设备（D2D）通信技术

l  边缘(Sidelink)通信

D2D无线通信具有极高的吞吐量、精确的定位和低延迟。在未来的通信系统中，需要考虑如何将这些短距离D2D应用及其相关边缘通信技术整合到蜂窝系统中。

边缘通信本质上可以大大提高系统容量。短程和蜂窝网络的集成设计有助于实现边缘通信系统级性能的优化。

l  与外围设备合作

用户设备和各种外围设备之间需要一种合作技术。具体来说，通过合作，可以解决由于单个用户设备造成的限制而产生的问题，如功率传输和集成天线的数量。例如，用户设备周围的外围设备，如个人电脑、手表、眼镜（智能眼镜）或自动驾驶汽车等，都可以成为无线设备并相互合作，从而有可能克服单个用户终端的传输功率限制，并在无形中克服天线数量的限制。当携带用户设备 乘坐汽车时，汽车上的天线也可以虚拟地用作用户设备的天线，以提高通信性能。

5.      有效利用频谱的技术

预计未来 IMT 系统的频谱将与当前 IMT 系统一样，继续使用不同频段的混合频谱，但可能会有更大的带宽和更高的工作频率。这些频段可以联合使用，以提供不同带宽和波束传播特性的各种无线链路，满足未来 IMT 系统的各种用例要求。

通过先进的载波聚合（CA）和分布式小区部署（分布式多输入多输出）等不同技术有效管理资源，可进一步提高频谱利用率。

l  频谱共享技术

推进频谱共享的一个关键方面是开发能够利用数据库、频谱传感、软件定义无线电和可重构无线电网络等本地的 IMT 技术。促进与当前 IMT 技术共存，使不同 IMT 技术能够使用相同的频谱，同时根据用户需求平衡每种技术使用的带宽。

l  用于更宽频谱的技术

一般来说，面向 2030 年及以后的 IMT 用例将需要从低频段到超高频段（即太赫兹）的频谱。未来网络对更高容量的预期需求促使业界寻求更宽的带宽，不仅在太赫兹频段，而且在需要将更高容量与良好覆盖相结合的低频段。

6.      提高能效和降低功耗的技术

未来部分的IMT设备可以实现能源平衡。这些设备将使用能量采集技术，即从周围环境中以光、振动、温度波动或无线电波的形式获取设备的工作能量，从而使设备无需电池。大多数射频能量采集设备受到两个因素的限制： (1) 接收天线的质量；(2) 将射频信号转换为直流电源的射频整流器的效率。

低能耗问题可以从用户设备和网络两个角度来考虑。各方面的技术进步将有助于降低设备和网络的能耗。例如，应用人工智能/移动语言优化网络能源使用，使其紧跟流量动态；利用大型可重构智能超表面增强覆盖范围，从而降低功耗。通信系统的设计和部署对于低能耗也很重要。高效的低开销通信对节省与开销相关的能源很有吸引力。此外，网络密集化、分布式天线部署、移动/飞行发射器可以缩短通信距离，降低通信能耗。

l  反向散射通信

反向散射技术被认为是低功耗、低成本通信的另一种方式。设备可以通过调制和反射从环境源接收到的无线信号来发送信息，而不需要耗电的收发器、放大器和其他传统通信模块。这些反向散射技术面临的主要挑战包括反向散射信号与源信号之间的干扰，以及有限的通信范围和数据传输速率。因此，反向散射通信技术包括调制和信道编码、信号检测算法、干扰协调技术、与多输入多输出技术的结合、多用户接入方法等。

l  按需接入技术

带触发唤醒接收链的按需无源设备是解决低功耗通信的另一种方法。移动设备可以支持基于反向散射技术的按需网络接入，从而最大限度地降低功耗。

7.      内生支持实时服务和通信的技术

要实现延迟极低的实时通信，需要考虑两个技术要素。首先是在地面网络中共享准确的时间和频率信息。当网络节点配备紧凑型原子钟时，它们的高保持性能可显著减少同步迭代。第二项技术是细粒度和主动的准时无线电接入，它将极短的传输时间间隔用于调度，从而减少了缓冲和信道接入延迟。

通过采用时间敏感型通信协议，可进一步提高这两种技术的效益，从而实现对延迟敏感或关键任务流量的优先级排序，促进实时通信。

8.      增强可信度的技术

面向2030年及未来用户的不同需求，不仅要在功能和性能方面实现技术创新，还必须为所有利益相关方提供都可以安全、可靠使用的网络基础设施。后者取决于 "可信技术"，如安全性、隐私性和弹性。提高可信度可以从以下几个方面考虑。

l  无线接入网隐私

l  与无线接入网有关的量子技术

l  物理层安全技术

三、      增强无线电接口的技术

该报告认为，每秒 Tbit/的通信能力必然是未来的通信目标。增强无线电接口的技术包括六大技术：先进的调制、编码和多重接入方案、先进的天线技术、带内全双工通信、多物理维度传输、太赫兹通信和支持超高精度定位的技术。

要实现 1 Tbit/s 的目标，如果采用频谱效率较高的64-QAM调制，其所需带宽将约为 170 GHz。未来设备中单个解码器的吞吐量将达到数百Gbit/s，要达到如此高的吞吐量，仅靠集成电路制造技术在十年内的进步是很难实现的。还必须在算法方面找到解决方案。在过去十年中，正交频分复用（OFDM）已成为最主要的调制格式。但在未来 IMT 系统中，在高移动性或高频段场景中，子载波之间的正交性将不再保持。对于 2030 年及以后的 IMT，可以进一步研究和确定在多样化方案中如何使用非正交多址接入（NOMA），非正交多址接入技术的进一步发展有望满足未来的要求，包括更大规模的连接、更高的频谱效率、低延迟和更低的实施复杂性，以及提供差异化服务能力。为了减少对超高频段（如亚太赫兹）功率放大器的影响，载波的峰均比不能过高。因此，需要研究新的波形设计。在未来的 IMT 应用中，出于向后兼容性的考虑，正交频分复用可能仍会被保留。不过，人们早已指出，正交频分复用在非理想情况下会出现一些缺点，这促使人们进一步研究改进的多载波系统或其他替代方案。

要实现宽带传输，必须提高频谱效率。极端多入多出天线技术（E-MIMO）是大规模多入多出（massive MIMO）的进一步发展，已广泛应用于 IMT-2020 系统。E-MIMO进一步增强网络的多用户传输能力，这对提高频谱效率至关重要。

带内全双工通信和多物理维度传输也是提高频谱效率的重要手段。提高频分双工（FDD）和时分双工（TDD）系统的频谱效率，消除频谱资源在使用和管理上的差异，已成为未来移动通信技术创新的目标之一。实现空间维度的充分利用（即如何在并发传输之间分配可用的空间资源）尤为重要。可重构智能表面（RIS）、全息无线电（HR）和轨道角动量（OAM）等新技术是提高性能和克服传统波束空间天线阵列波束成形挑战的潜在技术。

作为满足未来 IMT 系统要求的可能性之一，太赫兹通信已被视为许多未来用例的关键推动因素。为了保证在 IMT 系统中实现太赫兹通信，需要在三个领域进行技术开发：收发器结构、射频设备和基带信号处理。

四、      无线接入网增强技术

1.      无线接入网切片

网络切片是一种网络架构，允许在相互共享的物理基础设施上创建多个独立的逻辑网络。最近，有人提出了用于流量预测和分类、横跨各种无线接口的动态资源可用性预测、呼叫/会话准入控制以及无线接入网切片调度的机器自主学习（ML）和人工智能（AI）技术。引入 ML 和 AI 为向智能无线接入网演进创造了潜在机会。

2.      支持弹性和软网络以保证服务质量的技术

基于服务和以用户为中心的无线接入网有必要提供软网络能力，以满足用户的特定需求。通常情况下，传统网络的设计和规划会考虑到用户需求和网络负载的动态变化，从而最大限度地提高容量。基于微服务的概念，单一的无线网络可被拆分为多个基本的无线网络功能或服务和元素。通过灵活组合这些基本元素，未来的 IMT 系统有望支持按需生成无线网络功能。另一种方法建议采用具有深度边缘节点的无线接入网，以支持人工智能、超高吞吐量和超低延迟。

3.      新的无线接入架构

l  未来的网络应融合大数据、控制、信息和通信技术，以满足多样化的需求。它具有很强的跨学科、跨领域发展性。

l  随着网络规模的不断扩大和复杂性的不断增加，无线接入网架构也将进行改革和简化，以实现其最强能力、最简单架构和即插即用功能的目标。

l  网络架构设计应减少处理延迟，增强按需功能。与此同时，数据、操作、信息和通信技术融合驱动的无线接入网架构将成为一种趋势，在未来的网络设计中发挥更加突出的作用。

l  支持本机人工智能的无线接入功能可用于提高网络性能、降低成本、实现资源管理的智能决策以及实现数字化转型。它还可以充当支持新业务的服务。

l  其构架特点为：支持无线接入网节点合作与聚合、以用户为中心

4.      支持数字孪生网络的技术

传统上的网络优化和创新只能直接在真实网络上进行。通过物理网络和虚拟孪生网络之间的实时交互映射，数字孪生网络（DTN）可以帮助高效、智能地研究、模拟、部署和管理新型技术网络。

5.      与非地面网络互联的技术

地面 IMT 和非地面通信的互联旨在扩展未来的地面 IMT 技术，以支持与非地面网络（NTN）的无缝互联，包括卫星通信、高空基站平台（HIBS）和无人机基站平台。这方面的关键技术包括：软件定义网络/网络功能虚拟化、网络切片、网络管理、边缘计算、自由空间光通信以及未来 IMT 背景下的其他网络技术。

高空基站平台是将IMT基站置于高空平台上，该平台飞行并停留在约 20 千米高度的平流层中，将用作地面 IMT 网络的一部分。无人机系统的尺寸和重量范围很广，可用于未来智慧城市的各种业务领域。未来，无人机系统可用作基站平台或中继器，以形成临时网络，扩展移动通信。

6.      支持超密集无线电网络部署

网络密集化是满足用户体验数据速率、连接密度、能源效率、频谱效率、区域流量容量和覆盖范围等要求的有效方法。在未来的无线接入网架构中，集成接入和回传（IAB）应被视为超密集网络的关键，即通过在时域、频域和空间域复用接入和回程，将接入链路的框架重新用于回程。它有助于用无线取代光纤，从而减少回程链路的资本支出和运营费用。

7.      无线接入网基础设施共享增强技术

多家运营商共享无线接入网基础设施可帮助运营商有效降低建设成本。然而，无线接入网基础设施共享在透明度、可靠性、快速响应等方面也面临着新的挑战。尽管不同运营商有不同的共享和隐私要求，但这些共享技术可用于增强无线接入网基础设施。此外，基于服务的无线接入网架构也可用于无线接入网基础设施共享。

结语：

笔者认为该报告观点客观、技术性强，脉络清晰，值得借鉴和参考。