海量连接场景

海量连接场景(Massive Communication)是6G六大典型应用场景之一。MassiveCommunication 场景的典型用例涵盖智能城市、交通、物流、健康、能源、环境监测、农业等诸多领域，例如各种无电池或长寿命电池的海量物联网设备的接入，需要支持高达 106-108 devices/km?的超高连接密度需求。并且随着用例不同，所需要支持的数据速率、功耗、移动性、覆盖范围以及安全性和可靠性等指标也不尽相同。根据ITU-R的讨论及行业分析，从2010年到2025年，非物联网和物联网设备的数量呈现出持续快速增长的趋势,如图 1-2所示,进一步表明未来网络中需要支持设备大规模接入的迫切需求。蜂窝无源物联网是实现海量连接场景的主要技术之一。蜂窝无源物联网的终端特征表现为超低功耗与超低复杂度，旨在满足低成本物联网应用的特殊需求。蜂窝无源物联网终端具有实现简便、设备成本低廉及无电池依赖等优势，且相较于传统的非接触式射频识别系统(RF-ID)，蜂窝无源物联网通过基站侧授权频段上的高发射功率和终端侧更加先进的编码方式，能够实现更远的传输距离，被广泛应用在商超盘存、智能仓储、生产制造监控、物流追踪及个人物品管理等用例中。

假设连接密度为 107/km?，终端数据发送频率为1message/60seconds/device，那么可以估算出1毫秒的时间内需要完成167个数据包的接收。如果进一步提高连接密度和终端数据发送频率,每毫秒的时间内需要支持的数据包个数进一步增加。根据以上假设，6G 连接密度为 5G 的 10 倍，6G 终端数据发送频率为 5G的 120 倍，可估算出 6G 的连接能力需要达到 5G 连接能力的 1200 倍。5G 技术难以支持 6G 海量连接场景，因此，为了支持每毫秒数百个终端同时接入，6G中需要设计新型多址接入技术。

极高可靠极低时延通信场景

极高可靠极低时延通信场景(Hyper Reliable Low Latency Communication,HRLLC)旨在对5G 中的 Ultra-Reliable Low-Latency Communications(uRLLC，超高可靠低时延通信)场景进行进一步增强，实现相比 5G URILC 场景时延降低十倍，可靠性提高百倍、连接数提升百倍的目标。该场景的典型应用主要包括垂直行业的数字化(例如“智能工厂”应用场景)和自动驾驶的深度智能化(例如“V2X”应用场景)，能够极大提高生产效率，拓展自动化智能化的应用领域。

在面向工业 4.0 的智能工厂应用场景中[2]，10000 平米厂房范围内的终端数量一般大于 2000个，要求通信速率大于100kbps(视频监控除外)，通信时延小于10ms，通信可靠性须满足工业报警信息的可靠传输，5GNR系统可满足工业40的需求指标。不断发展的工业 5.0[3]对无线通信提出更高的要求，相比工业 4.0 预计有百倍的性能指标提升，初步按照如下假定进行估算，在 10000平米的厂房范围内，部署10个以上的基站，总的终端数量大于20000个，通信速率大于10Mbps，通信时延小于0.1ms，通信丢包率低于 106.

V2X场景中，需要实时进行信息交互。例如，部署在车辆上的数据采集设备需要对车辆的实时位置、速度、目的地等信息进行上报，同时部署在道路上的数据采集设备需要实时上传道路的车量总数、路况、红绿灯等信息,用于控制中心对实时交通进行建模，预测未来的道路交通情况，给出最优的交通调度和指引信息。数据传输指标可以按照以下进行估算，进行数据上传的频率可能为毫秒级，需要上传的数据量预计在数十到数百字节，完成数据传输的时延可能在毫秒级。另一方面，基于车辆间直连通信的 V2V由于传输距离更短，可以让车辆之间实现更低时延(例如亚毫秒级)的高可靠信息交互HRLLC 连接场景下，同时支持海量、突发、低时延、高可靠等需求是一项非常有挑战的设计目标。因此，需要设计具有极高传输效率的新型多址接入技术，在上述设计指标中寻求平衡，以支持HRLLC 连接场景。

泛在连接场景

泛在连接场景(Ubiquitous Connectivity)具有扩展覆盖、节省成本等多种优势，被业界视为 6G的重要关键技术。低轨卫星通信是实现泛在连接的一个典型方案。当前，地面移动通信网络仅覆盖了地球表面积的 6%，存在一定的覆盖盲区。作为地面移动通信网络的补充，低轨卫星通信通过环绕地球表面的卫星实现对地面覆盖盲区的补充，且具有较低成本、较低时延、较低路损等优势，将作为6G的重要组成部分，实现全球立体覆盖。

以低轨卫星为例进行分析，例如假设低轨卫星的高度为600km，低轨卫星有效覆盖的最小俯仰角为 109。根据地球半径 6378 km，可以计算出假设的低轨卫星到地面终端设备的最远距离为 1932km.对于transparent 类型的低轨卫星,根据上述假设进行计算，仅因距离引起的往返传输时延将近 25.77 ms。对于 5G地面无线网络中的控制面时延从发出注册请求消息开始到发出注册完成消息为止,大约为70~100ms,假设低轨卫星，如果按 10 次信令交互计算，地面无线网络的传播时延在10微秒级，相对卫星网络的传播时延可以忽略，低轨卫星的控制面时延约为 330-360ms。同时，由于低轨卫星移动速度快，典型的卫星波束服务时间为秒级，被波束边缘服务的终端设备，卫星波束服务时间更短。假设卫星波束1秒切换一次，控制面时延将占到卫星波束总时域资源的33%-36%。可见，控制面时延开销对低轨卫星来说占比重较大，导致系统效率低下。因此，若采用 5G 技术支持 6G 全球立体覆盖泛在连接场景，会在时延、效率等方面存在缺陷

6G 需要引入极简的新型多址接入技术，减少信令交互次数(例如把控制面和数据面的空口交互次数降到最低 2-4 次，把信令交互的资源开销降低 60%-80%)，以支持泛在连接场景。

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