[논문 리뷰] White Paper on Broadband Connectivity in 6G

Nandana Rajatheva, Italo Atzeni외 23명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 29.

Advanced Wireless Communication Technologies참고 문헌 95인용 수 291

한 줄 요약

본 백서는 광대역 6G 연결성으로 가는 길을 조사하며, 인프라, 대역폭 및 프로토콜 구축 요소를 자세히 설명하여 Tbps 규모의 피크 속도와 초저지연 신뢰성 통신을 달성하는 방법과 우주 네트워크 및 홀로그래픽 라디오 개념과의 통합을 다룹니다.

ABSTRACT

This white paper explores the road to implementing broadband connectivity in future 6G wireless systems. Different categories of use cases are considered, from extreme capacity with peak data rates up to 1 Tbps, to raising the typical data rates by orders-of-magnitude, to support broadband connectivity at railway speeds up to 1000 km/h. To achieve these goals, not only the terrestrial networks will be evolved but they will also be integrated with satellite networks, all facilitating autonomous systems and various interconnected structures. We believe that several categories of enablers at the infrastructure, spectrum, and protocol/ algorithmic levels are required to realize the intended broadband connectivity goals in 6G. At the infrastructure level, we consider ultra-massive MIMO technology (possibly implemented using holographic radio), intelligent reflecting surfaces, user-centric and scalable cell-free networking, integrated access and backhaul, and integrated space and terrestrial networks. At the spectrum level, the network must seamlessly utilize sub-6 GHz bands for coverage and spatial multiplexing of many devices, while higher bands will be used for pushing the peak rates of point-to-point links. The latter path will lead to THz communications complemented by visible light communications in specific scenarios. At the protocol/algorithmic level, the enablers include improved coding, modulation, and waveforms to achieve lower latencies, higher reliability, and reduced complexity. Different options will be needed to optimally support different use cases. The resource efficiency can be further improved by using various combinations of full-duplex radios, interference management based on rate-splitting, machine-learning-based optimization, coded caching, and broadcasting.

연구 동기 및 목표

• 차세대 무선 시스템의 핵심 추진 동인으로 6G 광대역 연결성 사용 사례를 제시한다.
• Tbps 피크 속도와 글로벌 커버리지를 달성하는 데 필요한 인프라, 스펙트럼, 및 프로토콜/알고리즘 엔에이블러를 식별한다.
• 초대형 MIMO, 지능형 반사 표면(IRS), 통합 우주-지상 네트워크, 그리고 진보된 코딩/웨이브폼을 결합한 다층 접근법을 제안한다.
• sub-6 GHz에서 THz 및 가시광선 대역에 걸친 KPI 목표 및 스펙트럼 전략을 강조한다.

제안 방법

• 인프라, 스펙트럼, 프로토콜/알고리즘 개발의 세 가지 수준에 걸친 제안된 6G 광대역 엔에이블러에 대한 조사.
• Tbps 규모 광대역 연결성을 위한 설계 선택을 고무하기 위해 사용 사례와 KPI를 분석한다.
• 연속 개구면 대규모 MIMO와 고차원 공간 다중화의 길로서 홀로그래픽 라디오를 기술한다.
• 고주파에서 전파 및 커버리지를 향상시키기 위한 IRS와 통합 네트워크의 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 6G 광대역 연결성을 실현하기 위해 필요한 인프라, 스펙트럼 및 프로토콜 수준의 엔에이블링 기술은 무엇인가?
• RQ2 6G가 초저지연, 극도로 높은 신뢰성 및 광역 커버리지를 보장하면서 Tbps 피크 속도를 달성할 수 있는가?
• RQ3 초대형 MIMO, 홀로그래픽 라디오, 지능형 반사 표면이 6G 성능 향상에서 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 공간-지상 통합과 엣지 컴퓨팅이 다양한 환경에서 6G 광대역 사용 사례를 어떻게 지원하는가?
• RQ5 sub-6 GHz에서 THz 및 광대역까지의 어떤 스펙트럼 전략이 6G 광대역 목표를 가장 잘 뒷받침하는가?

주요 결과

• 6G 광대역은 피크 속도 최대 1 Tbps를 목표로 하며, 사용자 체감 속도는 약 1 Gbps, 일부 사용 사례의 지연은 0.1 ms까지 내려간다.
• 다층 엔에이블러 접근이 필요하며, 인프라(ultra-maste MIMO, 홀로그래픽 라디오, IRS, 통합 액세스/백홀, 우주-지상 네트워크), 스펙트럼(sub-6에서 THz 및 VLC), 및 프로토콜/알고리즘 진보(코딩, 변조, 파형, 듀플렉스, ML 기반 최적화)를 결합한 것이다.
• 초밀도화된, 조정된 네트워크(셀프리, 에지 컴퓨팅) 및 통합 우주/지상 시스템은 완전한 커버리지를 달성하는 데 핵심이다.
• 홀로그래픽 라디오와 연속 개구 수집 활성 안테나는 고주파에서 특히 빔-스페이스 접근 방식보다 훨씬 더 큰 공간 다중화를 가능하게 한다.
• 지능형 반사 표면은 고대역에서의 전파 문제를 완화하고 네트워크 최적화를 지원하기 위한 수동 빔포밍 이득을 제공한다.
• ML 기반 최적화, 코딩 캐싱, 레이트 스플리팅은 효율성과 적응성을 위한 핵심 프로토콜 수준 도구로 강조된다.]
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