6G技术长啥样？5大趋势，13个核心技术2030年落地（二）
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二、无线使能技术
面对新应用场景带来的新指标需求，比如Tbps量级的峰值速率、 Gbps级别的用户体验速率、近有线连接的时延等需求，仅依靠现有 的5G技术是难以满足的，为此业界也在积极研究一些新技术、新架 构、新设计，期望形成一些新的突破。本章将从基础传输技术、协议与架构设计以及自治网络技术三个方面，对未来无线接入网潜在关键 技术进行分析。
众所周知，更大带宽可以提升系统峰值速率，但是频谱效率的提 升还需要依赖于物理层传输技术的发展。
1、分布式超大规模MIMO
引入超大规模MIMO后，4G/5G网络容量得到了大幅提升，但 是由于路径损耗以及小区间干扰，小区边缘用户体验仍有待改善。分 布式超大规模MIMO将传统的集中部署方式拓展至分布式部署，在多个分布式节点之间引入智能协作，实现资源的联合调度和数据的联 合发送，如下图所示。通过分布式部署以及智能协作，一方面有效消除干扰，增强信号接收质量；另一方面有效增强覆盖，为用户带来无边界性能体验。在未来6G网络，尤其是更高频段、密集部署场景中 将呈现出极大应用潜力。
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▲分布式超大规模MIMO示意
业界已从理论上论证分布式MIMO在提升信道容量方面的优势。理论分析表明，在天线总数、发射总功率及覆盖范围相同条件下，分布式MIMO系统中由于始终存在更接近用户的分布式节点，同时利用调度和赋形的智能协作，其性能较之集中式MIMO更为均匀，特别是对于边缘用户性能增益更为显著。
分布式超大规模MIMO由于其天线规模、节点数显著增多，对节点间信息交互能力、联合的协作节点选择和赋形方案设计、算法复杂度、干扰处理等提出了挑战；同时，相干联合发送对节点之间收发通道的一致性也提出了更高要求，需要进一步研究空口校准方案。
2、智能超表面
智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)通过表面上的结构单元对电磁波进行控制，通过对每个结构单元的参数、位置进行调整，实现对任意的电磁波反射/逐射幅度和相位分布的调整。在解决非视距传输、减小覆盖空洞等传统无线通信痛点问题具有积极意义。
下图给出了一种RIS辅助下的无线通信的系统示意。基站对RIS 进行控制，RIS基于控制对自身结构单元的幅度和相位进行调整, 从而实现对基站发射信号的有控制地反射。与传统中继通信相比，RIS 可以工作在全双工模式下，具有更高的频谱利用率。RIS无需RF 链路，不需要大规模供电，在功耗和部署成本上都将具有优势。
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▲RIS辅助通信系统
RIS在无线移动通信中的实际应用效果，依赖于超材料的研究成 熟度以及数字控制超材料的精度和效率。同时，无源特性导致的超表面信道难估计问题、基站和RIS可实用联合预编码方案以及RIS网 络架构与控制方案都有待更深入的研究。
3、超奈奎斯特传输技术
在传统通信系统中，为了避免符号间干扰(ISI, Inter-Symbol Interference),通常采用奈奎斯特准则，从而限制了发送的码元速率。 超奈奎斯特传输技术错误味找到引用源。采用更快的速率发送码元，在传输时人为引入ISI，再通过接收端过采样，利用更高级的接收机消除 ISI，如下图所示，从而提升链路实际传输速率和频谱利用率。
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▲超奈奎斯特传输系统收发框图示意
超奈奎斯特传输信号的功率谱密度只与发送滤波器的频率响应函数有关，并不会扩展带宽。下图中对比了超奈奎斯特传输系统与传统奈奎斯特系统的带宽，其中基带时域波形为矩形波，超奈奎斯特传输系统的重叠层数为4。从图中可见，超奈奎斯特传输系统不会改变频谱的分布形状，即不会扩展带宽。
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▲超奈奎斯特系统与奈奎斯特系统带宽对比
在多天线天线系统中，利用超奈奎斯特传输技术，在发射天线之间产生延迟，利用过采样创建虚拟的接收天线，可以在用户侧天线数量受限时提升空间复用和分集增益。因此即使是单天线用户也可以实现空间复用增益。从下图可以看出在高信噪比时，基于超奈奎斯特传输的虚拟天线系统相比传统MISO增益明显，信噪比10dB时， 可以获得超40%的容量增益。
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▲超奈奎斯特传输与传统奈奎斯特传输系统容量对比
超奈奎斯特传输技术的最优译码算法是基于最大似然序列估计的Viterbi译码算法，然而其复杂度随重叠程度的增加呈指数增长。 因此，低复杂度接收机设计对该系统的实用化发展至关重要。同时, 未来多载波、大规模天线仍是主流技术，如何与OFDM/MIMO技术 结合，并考虑实际多径衰落信道对系统影响需要深入探讨。
4、变换域波形
波形技术在历代无线通信系统的空中接口设计中都占有举足轻重的地位。4G和5G系统采用的OFDM波形，性能依赖于其子载波间的正交性。如果子载波间的正交性受到多普勒频偏等因素的破坏, 性能往往会明显下降。
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▲变换域波形原理示意图
变换域波形旨在克服OFDM波形的上述缺点。不同于传统波形方案认为发送符号位于经典的时频域，变换域波形认为发送符号位于其他对偶域（如时延-频率、时变-多普勒等对偶域），如下图所示。 通过对偶域间的变换，变换域符号可以达到一种多维分集的效果，从而将OFDM波形中的多普勒频偏等不利因素作为一种分集自由度有效利用起来提升传输性能。
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