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6G通信的七项关键技术!日本最近的6G研发设施和使用情况

日本情报通信研究机构NICT称,全球已对Beyond 5G/6G的重要性达成共识,认为该技术已成为2030年代所有产业、以及下一代信息通信的基础,并正在积极的进行研究开发;日本也应尽早确立Beyond 5G/6G的主要技术。本文针对日本NICT的《B5G共享研究设施使用方案》以及《Beyond 5G/6G白皮书》进行译介,对日本6G发展现状进行简要梳理与分析。

1.研究设施

2022年1月26日,日本情报通信研究机构(NICT)发布消息称,就在联合研究中使用的Beyond 5G (B5G) 共享研究设施/设备制定了方案,以使NICT建设的B5G共享研究设施/设备能够被所有受委托进行研究的机构使用。

NICT称,截止到2021年10月,日本已有和将有的B5G共享研究设施包括:

(1)综合测试床(超高速研究开发网络“JGN”、大规模模拟测试床“Star BED”)

  • 超高速研究开发网络“JGN”:以最大100Gbps的宽带线路连接国内外的接入点,提供layer2/layer3连接、虚拟化服务、光测试床等各种服务。

  • 大规模模拟测试床“Star BED”:由PC服务器群构成的世界最大规模的实验用模拟平台。

(2)尖端ICT设备实验室(光子设备实验室、毫米波研究楼)

尖端ICT设备实验室:可以用于各种光学设备和毫米波设备的试验研究开发,例如通过离子线等进行极微细加工、用电子显微镜等进行微细形状观测和元素分析等。

(3)卫星观测用鹿岛35cm望远镜

为了通过对静止卫星进行光学观测,NICT于1998年在鹿岛宇宙技术中心设置了人工卫星观测用望远镜1号机,2002年设置了2号机。从2012年开始,还可以观测低轨道光通信卫星。

(4)电波测定环境(应对微波频段的电波暗室)

对天线特性、收发器传输特性等进行测定和评价的电波暗室,可应对微波频段,具备机器人等功能。

(5)B5G传输基础技术开发环境的建设(B5G传输技术开发环境、B5G测定环境)

  • B5G传输技术开发环境:通过“设备制造系统”开发B5G用设备等;通过“设备特性评价系统”进行快速测定,从而实施性能评价和功能验证;在“传输特性评价系统”中对设备和模块进行各种性能评价,并将成果反馈到设备制造中,以实现B5G的高效开发。

  • B5G测定环境:对天线特性、收发器传输特性等进行测定和评价的电波暗室,可应对超高频段,具备机器人等功能。

  • 计划在2022财年之后完成准备工作时陆续提供。

(6)支持B5G的超高速光通信技术开发设备的建设(超高速光传输实践设备、有无线设备制作基础)

  • 超高速光传输实践设备:为开发支持B5G的超高速光传输技术,通过实际光纤进行传输实践、对信号处理进行验证的设备。

  • 有无线设备制作基础:生产光和电波融合设备的装置群,以及对半导体等加工装置及光和电波融合设备的高速应答性进行评价的装置群。

  • 预定2022年7月开始使用。

(7)高信赖、高可塑B5G/IoT测试床的建设(B5G/IoT验证环境基地、B5G/IoT功能验证系统)

为确保Beyond 5G网络的高可靠性和可塑性,融合多种技术、进行研究开发和实践的验证环境(测试床),包括:B5G实践验证环境、B5G移动网控制管理验证环境、B5G高信赖网虚拟系统、B5G验证模拟基盘(计算机组)等。预定2022年10月开始使用。

2.白皮书内容

《Beyond 5G/6G白皮书》

Beyond 5G/6Gホワイトペーパー

2.1 B5G/6G的七个主要技术

(1)超高速、大容量通信技术:

太赫兹(TERAHERTZ)波;全光网络(大容量光纤通信);全光网络(光电波融合技术)。

未来研发计划:基础技术开发(THz无线必要技术、100Gbps级光无线连接、40Tbps光纤);高级化技术和实用系统的开发(THz无线系统、Sub-Tbps级光和无线连接、100Tbps光纤);Media调和型网络(1Pbps级传输、Tbps级网络)。

(2)超低延迟、超多连接技术:边缘计算技术;自适应无线网构建技术;自适应无线网应用技术;电波辐射空间的自主局部化、跟踪、预约技术;利用普遍社会资源的超多级连接自主M2M网络构建技术;高级电波模拟。

将来研发计划:基础无线方式的确立(资源分配和QOS控制技术;适用于边缘处理的对话构筑技术);功能高级化验证、实际验证、标准化(适应型无线网构筑技术、适应型无线访问、路线选择控制技术、边缘云高级化技术、无线网间时间同谐技术);社会推广和商业化(服务要件之间协调的确立、边缘设备的推广)。

(3)有无线通信、网络控制技术:网络控制技术(网络运用自动态化、网络内计算);频率的分配和共享管理;自营无线系统管理(本地Beyond 5G)。

将来研发计划:基础技术的确立和应用技术研究(运用自动化技术、网内计算技术、本地B5G、无线控制等);技术扩张、协作和服务实际验证(运用自动化进展、网内计算功能基础强化、本地B5G进展、频率分配高效化等);实用化和社会推广(运用完全自动化、高级的网内计算、本地B5G的技术引进、频率共享等)。

(4)无线系统的多层化-NTN技术:卫星非地面通信平台;光卫星通信;海上通信;海中、水中通信;集成网络控制。

将来研发计划:基础技术的确立和应用研究(电波/光混合、弹性化和数字化、小型/大容量化;面向空中、LEO、GEO、月球、海上、水中的区域扩展);技术扩张、联合和高级化(多层网络相互连接、分散信息管理、大型光天线、适应光通信;面向深宇宙、浅海、深海的区域扩展)。

(5)时空同步技术:无线时空同步;原子钟芯片;技术基准时刻的生成共享技术。

将来研发计划:基础技术的确立(同步网形成、原子时钟芯片量产化技术);面向实际安装和推广的准备(同步网安全强化;原子时钟芯片试验生产);实用化和服务的展开(时空认证和服务、原子时钟芯片组装入无线机)。

(6)超安全、可靠性技术:新兴安全技术;基于实际攻击数据的网络安全技术;量子密码;电磁环境技术;弹性(Resilient)ICT。

将来研发计划:基础技术的确立和高级化(量子密码通信新方式、网络控制管理技术、本地及都市间量子密码网络);广域量子密码网络的实用化(卫星和地面系量子密码网络的综合)。

(7) 超现场感、革新的应用程序技术:大脑信息的读取、可视化、BMI技术;直觉性的测量、传达、保证技术;实时3D虚拟形象、感觉传达、XR技术;基于语言和非语言信息的AI分析、对话技术;多语种的同声传译、转换、摘要技术;自动驾驶;无人机。

研发计划:基础技术的确立(通过大脑活动对感觉信息的推定、远程VR技术(CG虚拟形象)。);技术的高级化(人工大脑的初始模型、远程XR技术(实时3D虚拟形象)。);面向实用化的技术开发(包括高级推论在内的对话技术、用于严肃交涉的同声传译);社会推广(直觉性XR技术,自我成长型同声传译)。

2.2 三种未来通信场景

介绍了2030年~2035年的3种通信场景假想。“Cybernetic Avatar Society”描写了深度使用虚拟形象的社会;“月面都市”描写了人类活动扩展到月球;“超越时空”描写了已实现时空同步的社会。

  • 虚拟控制社会/Cybernetic Avatar Society:通过实时3D虚拟形象进行远程的XR同声传译会议;基于语言/非语言/大脑信息的解析,对老年人等的支援;通过包括触觉在内的五种感觉的传达,进行直觉型的远程作业。

  • 月面都市:月球网关;月球网关/ARTEMIS计划的推进;月面上实际验证试验;月面开发调查开始。

  • 超越时空(时空同步):灵活利用边缘服务器的自动驾驶支持;使用传感器网络进行基础设施的保护和环境监视。

2.3 研发平台与支持

研究开发开放平台:平台的构筑和研究开发的推进;平台的高级化和研究开发的推进;为实现实用化和服务推广的实际验证。

标准化:ITU-R技术趋势调查;技术性能要件——标准制定;ITU-R技术趋势调查;技术性能要件——标准制定;愿景指导。

国家项目:Beyond 5G研究开发促进事业。

3.现状评述

2020年1月,日本总务省设立了“Beyond 5G推进战略座谈会”,就基于导入“Beyond 5G”(即6G)时需求和技术进步等的综合战略的制定,对预期“Beyond 5G”落地的2030年代社会中通信基础设施的变化及相应政策的发展方向进行了探讨。

2020年6月,总务省公布“Beyond 5G推进战略——面向6G的路线图”,提出2025年开始逐步完成基础技术研发、2030年度创造44兆日元附加价值的规划,并提出由NICT等建设“Beyond 5G研究开发平台”,提供测试床等高级研究环境,推进联合研究。

2020年11月,总务省成立了“Beyond 5G新经营战略中心”,以期战略性的致力于知识产权的获取和标准化;12月,设立了“Beyond 5G推进联盟”,计划制定Beyond 5G白皮书;2021年1月,提出“Beyond 5G研究开发促进事业研究开发方针”,以重点强化研究开发力量,提升日本的国际竞争力。

日媒称,在与5G相关的通信设备市场上,日本企业存在感越来越低。日本在5G研发方面已落后于海外,因而试图通过提前布局6G来扳回落后局面。在预定于2025年举办的大阪关西世博会上,日本将展示“实现Beyond 5G/6G的未来社会”。日本提前布局6G,意在未来能够有能力争夺6G话语权,其动向值得我们持续关注。

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转自丨学术plus

编辑丨郑实

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