6G智能轨道交通白皮书(2022年)

6G智能轨道交通白皮书1.前言移动通信系统具有“使用一代、建设一代、研发一代”的发展特点，预计到2030年将实现第六代移动通信系统(Sixth-Generation,6G)的商用。世界各国已经开始了6G研究，例如芬兰率先启动6 Genesis旗舰研究计划，美国联邦通讯委员会为6G研究开放太赫兹频谱。2019年11月，我国科技部成立了6G技术研发推进工作组和总体专家组，以“创新、协调、绿色、开放、共享”为内涵的新发展理念，成为推动移动通信网络可持续发展的思路、方向和着力点，标志着我国6G研究正式开始。交通是兴国之要、强国之基。2019年9月，我国颁布的《交通强国建设纲要》明确指出，到2035年，基本建成交通强国，到本世纪中叶，全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国。为了符合未来智能交通通信的愿景，铁路运输行业需要开发创新的通信网络架构和关键技术0，以确保为乘客及铁路运营和控制系统提供高质量的传输。6G通信系统是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界，可实现全球无缝覆盖，其不再是简单的网络容量和传输速率的突破，更是为了实现万物互联的“终极目标”。6G的数据传输速率可能达到第五代移动通信系统(Fifh-Generation,5G)的50倍，时延缩短到5G的十分之一，在峰值速率、时延、流量密度、连接密度、移动性、频谱效率、定位能力等方面远优于5G。在超高速交通场景下，一些终端移动速度将超过1000kmh,需满足超高速下的超高安全性和超高精度定位需求。而5G定义的TU指标仅支持500km/h的移动速度，对安全和定位精度没有定义。因此，对于未来智能交通应用场景带来的指标需求，仅依靠5G现有的网络和技术是难以满足的，需要未来的6G网络提供比5G更全面的性能指标，如超低时延抖动、超高安全、立体覆盖、超高定位精度等。6G的发展将为多元化的服务质量(Quality-of-Service,QoS)需求、实时触觉交互、定制开放服务、通信融合、广播、计算、传感、控制、安全和人工智能等奠定基础。6G网络架构方面还需要进行创新，如空天地海一体化网络、全频谱全维度覆盖、智能自感知、机器学习、优化与演进等。另一方面，未来智能交通网络的潜在应用包括自动列车驾驶、协同列车网络、列车互联、超高清(4K/8K)列车视频、列车自组织网络和超精确（厘米级）列车定位。在6G智能交通领域，国内外高校和研发机构相继提出了多种技术方案回，但这些方案都处于概念阶段，能否成功实现还需更深入的研究与验证。欧洲铁路研究咨询委员会(ERRAC)制订了《Rail Route2050》计划，提出基于6G的高资源效率、智能化2050年轨道交通系统发展蓝图。欧盟Hexa-X6G项目面向高速移动场景和需求，定义了全新的6G智能网络架构，开发和实现6G各项关键使能技术。芬兰6 Genesis研究计划将自动驾驶作为主要应用场景之一，设计了支持99.99999%可靠性、1ms时延、和1000km/h超高速移动性的6G网络和技术。为了满足6G智能交通应用的要求，需要全新的移动通信网络和技术突破，包括但不仅局限于：