1 6G RAN 需求挑战与技术趋势
1.1 需求
5G 网络的商用激发了人们对下一代移动网络的想象和期待。6G 在 5G基础上，将从服务于人、人与物，进一步拓展到支撑智能体的高效互联，将实现由万物互联到万物智联的跃迁，将持续提升人们的生活品质，促进社会生产方式的转型升级，并且为人类社会可持续发展的终极目标做出贡献。一方面，新业务与新应用将被开发出来，它们需要更高的网络性能，如更高的数据速率、更低的时延，这些都超出了 5G 无线接入网的能力范围。另一方面，需要更敏捷的网络服务能力，尤其是对于 5G 无法高效支撑的 ToB 业务，需要满足其业务快速上线需求。再者，新涌现出的业务具备明显的个性化需求，无线接入网需要具备灵活适配业务需求的能力，实现网络功能按需定制，资源按需配置。
随着大数据、云计算、物联网和人工智能等新一代技术和应用的发展，以及 ICDT 的深度融合，6G 社会将逐步走向“数字孪生，智慧泛在”。6G RAN 将通过提供物理空间与虚拟空间的通信服务构建人类社会、物理世界和虚拟世界融合交互、紧密连接的网络空间，通过数字化世界创造全新价值，实现“6G 改变世界”的美好愿景。
2030 年及以后，在数字孪生世界和智慧泛在的背景下，移动通信的应用场景将会呈现出全新的特点，支持无处不在的无线连接、大数据和人工智能等全新的技术，并催生出智享生活、智赋生产、智焕社会 3 大方面的应用场景，包含空天地一体化、通感互联、智能交互等。6G RAN 将不再仅局限于提供通信的功能，而是随着感知-通信-计算-AI-安全融合的大趋势，从传统单一的功能拓展到提供感知、计算、AI 和安全等新的网络能力。
国际电信联盟无线电通信部门于 2023 年 6 月在第 44 届 ITU-R WP 5D会议通过了《IMT 面向 2030 及未来发展的框架和总体目标建议书》，该建议书对 5G 原有三大应用场景进行增强和扩展，包含沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接等六大典型场景。沉浸式通信场景涵盖了为用户提供丰富的互动视频（沉浸式）体验的用例，包括与机器界面的互动；超大规模连接场景涉及连接大量的设备或传感器；极高可靠低时延场景涵盖了预计对可靠性和延迟有更严格要求的专门用例；人工智能与通信的融合场景将支持分布式计算和人工智能驱动的应用；感知与通信的融合场景促进了需要传感能力的新应用和服务；泛在连接场景旨在加强连接性，以缩小数字鸿沟。
同时，空天地融合组网也是未来的一大趋势，卫星网络、无人机网络等将是地面网络的重要补充，实现天基、空基、陆基等各类用户接入与应用，能够在任何地点、任何时间、以任何方式提供全场景的信息服务。并且随着 AI 技术的发展，网络的智能也将在网络运维、资源编排、空口调度 等方面释放出更大的潜力，为智慧社区、医院、工厂等不同用户场景下的多维度异构业务需求提供通信、感知、计算、存储等一系列能力的按需服务，真正实现 AI 不再是“外挂式”的存在，而是内生于网络，从而更好的为网络提供服务。
因此为了满足未来业务和应用发展的需求，6G RAN 的设计需考虑新型网络架构，以在更多维度上取得网络能力的突破，实现极致的性能追求。
1.2 挑战
5G 技术满足了人们对大宽带、高数据速率、大连接密度、低延时的通信需求。在未来 6G 系统中，上述技术将会继续得到增强，并扩展更多的应用场景。面向 2030 年，6G 业务和应用将朝着需求的多样化、覆盖的立体化、交互形式与内容的多样化、业务的开放化和定制化、以及通信计算、AI 和安全的融合化的方向发展。然而，当前无线接入网络在网络架构设计、组网模式和资源管理上存在不灵活智能、融合网络之间信息交互复杂、开销大且低效能等问题，无线接入网络由 5G 向 6G 的演进中将面临诸多的挑战。
1. 网络架构设计不够灵活
现有网络主要采用一体化的结构，这导致网络的建设完全是按覆盖的要求进行规划和建设，基站形态单一，网络管理和维护的方法比较传统， 网络运维效率较低，网络结构单一固化，这些特点导致了网络部署的高成本和高功耗问题。另外，由于现网支持 2G/3G/4G/5G 多网共存与互操作，在提供更高吞吐量和更好的业务连续性保障的同时也增加了更多的网络功能、交互流程、管理策略和异常因素，使得网络架构与管理更加复杂。因此需要 6G 及其后续网络在网络架构设计方面发展自我演进能力，以智能地利用资源，降低运营成本，并保证高服务质量。
2. 组网模式难以支撑多元化演进
6G 网络频段将要由目前的 700MHz ~ 2.6GHz 等扩展至毫米波甚至太赫兹和可见光等频段，覆盖将由地面覆盖到立体覆盖，实现星地一体融合组网。但由于非地面网络的网络拓扑结构动态变化以及运行环境的不同地面网络所采用的组网技术不能直接应用于非地面场景，需研究空天地一体化网络中的新型组网技术，考虑新的立体组网模式。另一方面，随着分布式边缘计算以及智能网络节点大量部署，计算和存储等资源下沉至边缘节点，6G 需要中心化集中管理的蜂窝组网与分布式协作的云边融合组网共同支持多样化场景的业务需求，满足用户的差异化需求。
3. 多维资源管理不够智能化
5G 网络引入了网络切片技术，但切片在无线侧和核心网的融合设计和优化仍需进一步验证和完善，并且在使用网络和托管资源时，除了对切片进行独立管理导致更高的运营成本之外，还存在效率较低的风险。因此，6G 将发展无线资源的智能灵活编排技术。6G 要服务于各行各业新涌现的个性化业务，就需要对各种资源，包括通信、计算、数据等维度，进行更智能化的管理编排，使之具备灵活适配业务差异化需求的能力。同时，由于分布在不同地理位置的无线节点的可用资源是泛在化、异构化的，需要6G 网络通过模型函数将不同类型的多维资源映射转换，形成业务层可理解、可阅读的资源池，为网络的资源匹配调度提供基础保障。在数据维度，6G 需要借助于信息和学习理论对从物理世界中采集的大量数据进行管理编排和有效地利用，构建一个数字世界。在通信维度，6G 系统设计将编排使用尽可能少的带宽资源实现海量大数据的有效传输，降低通信成本。在计算维度，需要在 6G 网络中最优化计算资源的分布，以最大限度地编排利用移动边缘的计算能力。
4. 融合网络之间的信息交互复杂
传统网元之间采用专用接口进行通信，需要进行相应的接口建立。为了保证特定业务或服务需求，3GPP 定义了一系列协议，如用于 D2D 发现/通信的 ProSe/PC5 Signalling 协议、用于定位的 LPP/NRPPa 协议、用于实现 QoS flow 到 DRB 映射的 SDAP 协议、用于回传的 BAP 协议等。这 些协议功能的引入不仅增加了标准化工作量和实现难度，还增加了测试与运维的复杂度。此外，5G 无线网络采用分层结构，每一层功能处理都会引入时延，信令面与用户面和协议栈功能之间也存在一定的耦合，妨碍了网络功能的灵活按需部署。6G 在 5G 基础上，将从服务于人与物，进一步拓展到支撑智能体的高效互联，将实现由万物互联到万物智联的跃迁。新业务与新应用将被开发出来，它们需要更高的网络性能，如更高的数据速率、更低的时延，这些都超出了 5G 系统的能力范围。另一方面，网络需要更敏捷的服务能力，尤其是对于 5G 无法高效支撑的 ToB 业务，需要满足其业务快速上线需求。这要求 6G 具有智简统一的协议和网络体系，以降低支撑各类业务之间的逻辑约束，实现网络服务即插即用。
上述存在的问题和挑战将成为6G网络设计的重要驱动力和创新目标
1.3 技术趋势
ITU-R 在《IMT 面向 2030 及未来发展的框架和总体目标建议书》中从全面的视角阐述了未来 6G 网络将是一个具有包容性、安全性、自治性、可持续性的泛连接绿色网络，并要求 6G RAN 侧完成新技术的突破以应对未来 6G 通信中更为严峻的挑战。结合 6G RAN 未来业务和应用发展的需求，新兴的技术趋势可能包括以下方面：
1. 通信与 AI 融合提升底层空口传输性能研究
在未来大规模甚至超大规模 MIMO 场景下，研究基于 AI 的空口侧技术增强，应对由于密集天线阵列所带来的更复杂 CSI 反馈、波束形成和接收机设计等挑战，达成更可靠的空口传输，提升空口性能，并实现在空口侧进行网络的自我监控、自我组织、自我优化、自我修复和自我管理。
2. 频谱共享和动态频谱分配技术提升频谱利用率研究
频谱是无线通信中有限且稀缺的资源，但目前很多已分配的频谱资源长时间处于闲置状态，利用率低下，严重浪费珍贵的频谱资源。研究基于动态频谱共享协议或者规则，动态分配资源，合理规划并有效利用闲置频谱，提升频谱的整体利用率。
3. 基于分布式 AI 技术提升网络侧通信能力研究
随着硬件性能的提升，无线终端侧拥有更加强大的计算能力，这为分布式 AI 的实现提供了算力基础。同时广泛分布的终端物联网设备感知与存储为分布式 AI 的实现提供了数据基础。研究基于分布式 AI 的未来 6G 网络，促进 AI 与通信融合，赋能边缘智能，实现网络的智能内生和泛在 AI。
4. 基于内生智能的无线网络实现网络智能服务研究
支持智能服务（如智能数据感知、按需能力供应等）的无线网络将是IMT 技术设计的基础，通过应用各种人工智能程序增强网络服务的智能化能力。该研究包括按需上行/侧链路为中心、深度边缘和包括联邦学习在内的分布式机器学习。
5. 高低频协作组网增强网络覆盖研究
未来 6G 网络将采用更高频段（如亚太赫兹、太赫兹等）的信号以获取更大的传输容量，但其带来了基站覆盖能力显著下降的影响。研究高低频异构组网技术，通过分离用户面和控制面，实现传统基站拆分为广域覆盖的控制基站和可密集部署的数据基站，从而有效提升通信传输水平和网络的可拓展性。
6. 基于卫星互联网实现广域泛在连接研究
地面网络和非地面网络互通是 6G 目标之一。卫星互联网是非地面网络的重要组成部分，其由一系列通信卫星组成的星座构成，其间以星间链路进行通信，实现数据中转和路由，为用户提供随处可及的通信连接服务，并伴随着卫星硬件性能发展，有望在卫星上提供计算甚至是智能服务。
2 6G 多维立体全场景服务下新型绿色无线接入网络架构
2.1 设计理念
针对上述 6G RAN 面临的关键需求、挑战及技术趋势，亟需设计 6G网络总体架构指导下的新型 6G RAN 架构。6G 网络总体架构的核心理念包括“分布式、内生智能、一体至简、空天地泛在接入”。其中，“分布式”是指泛在海量动态连接，解决密度百倍、千万量级基站的灵活动态组织问题；“内生智能”是指网络架构在初始设计即考虑智慧的内生式设计，解决智能外挂式设计无法满足网络自治需求的问题；“一体至简”是指智能化简化、同构化简化、协议一体化简化，解决网络架构设计、组网模式和资源管理上不灵活智能、融合网络之间信息交互复杂、开销大且低效能的问题；“空天地泛在接入”是指多维立体全场景下多种接入域、多种网络域的深度融合，解决固定/移动/卫星/UAV 等多连接类型以及多服务类型的异构泛在接入管控复杂且效率低的问题。
围绕上述 6G 网络总体架构的核心理念，针对 6G 无线接入网多维立体全场景深度智慧接入与多网共生绿色融合的科学问题，面向 6G 空天地全场景泛在连接、多维立体按需服务和大动态差异化业务等需求，本白皮书提出了 6G 新型无线接入网架构的两个设计原则，即“绿色无线分布式内生智能设计”和“泛在连接的一体智简设计”，并形成了 6G 多维立体全场景服务下新型绿色无线接入网络架构。
“绿色”包含两方面的含义，一是指架构本身在设计之初就做到至简，即协议、流程、组网模式等等的设计简单、灵活、高效，多维融合网络之间的信息交互的智能化简化；二是指架构支持网络实现节能减排，即通过数字化、智能化、服务化的方式实现弹性、自适应的网络资源智能管理和智慧运维，提升网络利用率，实现网络的绿色低碳。
“多维”包含三方面的含义，一是指多维网络，即架构支持异构多网融合、高低频及多制式网络协作组网；二是指多维业务，即架构支持连接业务、算力业务、数据业务、AI 业务等多类型、差异化的用户业务；三是指多维资源，即架构能够对功率、空时频等传统无线通信资源以及存储、数据、算力、算法、模型等多维度新型资源进行智能编排。
“立体”主要是指“空天地一体化”，6G 网络的覆盖能力从地面二维向全空间三维覆盖演进，架构支持的组网模式及业务类型包含空地融合和星地融合，可实现广域智慧连接，满足全球泛在无缝接入需求。
“全场景服务”主要是指 6G 网络支持全类型场景的全类型服务，即在 5G eMBB、mMTC、uRLLC 三大典型场景的基础上，架构进一步支持沉浸式通信、超大规模连接、超可靠低时延通信等通信增强扩展场景，空天地泛在连接的覆盖增强新增场景，以及通信感知一体化、通信 AI 一体化等业务扩展新增场景。并且在一切皆服务（X as a Service/Everything as a Service，XaaS）的趋势下，支持全行业、全生态的通信、计算、数据、存储、AI 等全类型服务。
2.2 逻辑功能架构
6G 无线接入网从所提供功能和资源的角度，可以分为三层：RAN 资源层、RAN 网络功能层、RAN 服务层。
RAN 资源层：是指在 RAN 内提供资源，通用资源池中包括多层频段的频谱资源、多类型的存储资源、分布式的算力资源以及空天地海的全场景全覆盖接入设施、感知设施、各类型终端等网络资源等等。RAN 网络功能层：是指 6G RAN 网元逻辑功能架构，可存在 2 种架构设计方式。在功能架构 Option 1 中，通过新型网络智能功能模块 （Network AI Function，NWAIF）在传统通信面的基础上高效协同计算面、数据面的网元功能。在功能架构 Option 2 中，通过增强型控制面（enhanced-Control Plane，e-CP）和增强型用户面（enhanced-UserPlane，e-UP），在承载传统业务连接控制和数据传输的基础上，进一步承载 AI 业务的连接控制和数据传输，同时与计算面、数据面的网元功能协同处理 AI 业务。在架构层面利用 RAN 资源层提供的各类分布式异构资源，从而提供超越连接的新型 AI 功能，并通过 RAN 服务层为网络用户提供算力、数据、连接、感知、智能等服务。
RAN 服务层：是指 RAN 功能开放和服务提供。通过 RAN 功能层所构建的内生集成和融合多维异构资源的协同能力，实现多类型资源和多节点的资源协同和业务服务等级协议（Service Level Agreement，SLA）保障，从而进一步丰富 6G 网络的应用场景，如沉浸式通信、超高可靠低时延通信、超大规模连接、泛在连接、通信 AI 一体化、通感一体化等等。
