朱伏生解析6G系統十大KPI指標：峰值達100Gbps 基站容量達1Tbps

作者：廣東省新一代通信與網絡創新研究院院長 朱伏生

C114訊 5月17日消息 又是一年世界電信日，時值全球5G移動通信業務即將全面展開之際，廣東省新一代通信與網絡創新研究院分析了當前移動通信發展的趨勢和挑戰，對6G的網絡指標、能力場景、架構特徵進行了展望和描繪，在全球率先提出6G的KPI指標初稿。本文將對這些KPI指標進行簡單描述：

1. 峰值速率

作為6G候選技術的太赫茲通信具有帶寬大、傳輸速率高等特點，將是未來解決6G大帶寬場景的主要利器。在200-400GHz的頻譜範圍內，經過理論仿真測算，結合業界的一些試驗數據，未來6G的單終端峰值速率指標預測可以達到100Gbps，單小區總的吞吐量，預測可以達到1Tbps。

2. 用戶體驗速率

用戶體驗速率是指單位時間內用戶獲得MAC層用戶面數據傳送量。實際網絡應用中，用戶感知速率受到眾多因素的影響，包括網絡覆蓋環境、網絡負荷、用戶規模和分佈範圍、用戶位置、業務應用等因素，一般採用期望平均值和統計方法進行評估分析，或者進行網規分析。5G時代定義的用戶體驗速率是100Mbits/s。

如果從eMBB的繼續發展角度來看，6G時代對帶寬需求最大的應該是VR業務。預計10年後，極致VR業務已經成熟，VR將成為典型的用戶體驗業務。根據預設的VR360中極致VR體驗需求, 帶寬需求＝視頻分辨率×色深×幀數/壓縮率＝（23040*11520）×12×120/350=1Gbps, 獲得極致VR的典型帶寬需求是1Gbps。所以，6G的用戶體驗速率建議為1Gbps。

3. 頻譜效率

5G的峰值頻譜效率（每赫茲頻譜傳輸的比特）在64QAM、192天線、16流並考慮編碼的增益的情況下，理論頻譜效率極限值在100bps/Hz。而在6G時代，考慮1024QAM、1024天線，結合軌道角動量OAM的多流及beamforming技術，頻譜效率推算可以到200bps/Hz。

4. 時延

在5G uRLLC時代，主要考慮因素是由於人的介入，需要網絡提供ms級的時延，比如車聯網的1ms時延保證。在6G時代，低時延的通信預計將主要集中在機器與機器之間，用以替代傳統的有線傳輸，比如工業互聯網的場景等，此時的時延需求，應該是在亞ms級，6G時延指標可以預測為0.1ms。

5. 連接密度

在5G時代，根據各種場景測算出的連接密度是一百萬，意味著平均每平方米最多一個5G設備。但隨著物聯網、體域網和人工智能、低功耗技術的快速發展，對於快遞物流、工廠製造、農業生產、智能穿戴和智能家居，都存在網絡連接的需求。以智能穿戴為例，在6G時代，每人應該至少配有具備直接網絡連接能力的1-2部手機、1部手錶、若干個貼身的健康監測儀、兩個置於鞋底的運動檢測儀等，使得連接密度較5G上升了近10倍。因此，6G的每平方米連接密度應該為100個連接/平方米，或最大連接密度可達1億個連接/平方公里。

6. 網絡能效

能源效率是指每消耗單位能量可以傳送的數據量，在城市環境中，用每焦耳傳遞的信息比特來衡量：bit/J；但在農村場景下，用滿足一定通信能力時，每單位面積覆蓋所消耗的功率。根據研究，目前移動網絡側佔整個能量消耗的15-20%，而基站又佔據移動網絡能源消耗的80%，移動網絡的負荷一般小於20%。

在6G時代，太赫茲頻段承載的帶寬大大優於毫米波和sub6G，然而能耗方面並沒有倍數的增加，總體能量效率大大優於5G。此外，我們考慮到6G時代會引入了通信場景志願者提供就近通信服務，這將進一步的降低系統能源開銷。

根據5G能源效率的100bits/J的指標和測算，6G的能源效率可預測為200bits/J。

7. 區域流量密度

流量密度是單位面積內的總流量數，是衡量移動網絡在一定區域範圍內數據傳輸能力。相比5G時代，6G使用了太赫茲等頻段，相比5G的Sub6G及毫米波頻段覆蓋範圍進一步收縮，6G小區半徑約為5G的一半，覆蓋面積縮小為5G的1/4。同時，6G基站吞吐量1Tbps相比5G的20Gps高了約50倍。因此，6G的區域流量密度測算約為5G的200倍。

8. 移動能力

移動性是移動通信系統最基本的性能指標。5G時代主要是要求能夠支持速度高達500km/h的高鐵乘客的接入。而在6G時代，我們考慮到馬斯克所經營的公司所提出的真空管高鐵預期時速為1200公里，美國目前已經成立了多家進行此項目的公司，並且目標在2030年就實現商用。同時，6G時代必須考慮民航飛機乘客的接入，民航飛機的飛行速度基本上都是800-1000km/h左右。因此，6G的移動性能接入建議以1200km/h速度移動的用戶接入作為衡量指標。

9. 頻譜支持能力

4G的常用載波帶寬是20Mhz，多載波聚合時，最多可到100Mhz。5G的Sub6G頻段常用載波帶寬時100Mhz，多載波聚合時可到200Mhz；毫米波頻段常用載波帶寬是400Mhz，多載波聚合時可到800Mhz。對於6G可能用到的太赫茲技術，常用載波帶寬可能會到20Ghz，多載波聚合時，有可能到100Ghz。

10. 基站智能化能力

5G引入了移動邊緣（MEC）計算，把核心網部分功能下沉到基站側，基站也同時開始參與網絡內容的計算，比如VR的渲染等。在6G時代，MEC功能能進一步增強，甚至可能使基站與MEC合併成為胖基站；同時，人工智能（AI）將會被引入，並在基站側導入基於AI的部分應用，使得基站的計算能力變得異常強大。我們根據一些資料的分析測算，5G基站的計算能力需求是100－200Tops（operation per second）。而在6G時代，基站的智能化計算能力，我們預測為為1,000Tops。