韩国庆熙大学电子工程系教授安基洪等人介绍了对于6G MAC层技术研究趋势与方向的研究结果，相关研究工作得到了韩国科学和信息通信技术部的支持，部分由韩国ITRC（信息技术研究中心）支持计划（IITP-2021-0-02046和IITP-2022-2017-0-01637）监督，由韩国IITP（信息与通信技术规划与评估研究所）资助，部分由韩国国家研究基金会（NRF）资助（2017R1A2B3012316、2020R1A2C2102198、2021R1A4A1030775和2020R1A2C2010006）。

必要性和特点

5G通信系统的无线数据传输速率接近1Gbps，6G通信系统的无线数据传输速率由于使用（亚）太赫兹的带宽而增加，预计将达到几Gbps到几十Gbps。这将大大增加6G通信系统所能处理的无线资源总量，并朝着与有线网络传输速率相近甚至更大的方向发展。

MAC调度是在下行链路和上行链路中向UE分配时域和频域无线电资源的标准化操作，以资源块（RB）表示。5G和LTE中的MAC调度通过策略和计费规则功能（PCRF）接收策略和QoS要求，以及通过无线链路控制（RLC）接收更高级别的传输数据块。通过把以PHY层接收到的每个终端的层信息和信道特性信息组合起来，为每个终端执行RB分配。广泛使用的MAC调度包括比例公平、最大C/I（载波与干扰信号功率比）和时延限制。比例公平是一种平衡每个终端的QoS优先级和信道状态以及实际传输总量的技术。最大C/I将资源分配给被测量/估计为具有最高信道状态的终端的RB。时延限制是一种向对延迟时间有要求的终端提供RB分配优先级的技术。

虽然MAC调度器是有效的，但我们需要一种新的设计来支持6G中出现的新服务，包括XR、元宇宙、远程现实（远程呈现）以及底层神经网络服务（网络推理）和用户体验性能（即应用服务性能）。特别是，有必要在创新水平上重新设计系统，以确保它始终满足用户要求（服务水平协议SLA），而不是提高应用服务性能。

研究趋势与方向

为了设计一个保证应用服务性能的MAC调度器，有必要了解它与数据分组/数据包级性能的区别。数据包（或帧）级性能指标是通过测量数据包单元中的吞吐量和延迟并将它们平均而得出的。但是，应用服务性能是通过交付每个应用服务的服务单元（例如，视频分析应用中的视频帧）的速度来衡量的。服务单元时延可以被理解为信号到达时延（包括传播时延、信令时延、处理时延、调度时延等）与服务单元传输时间之和。换言之，为了将服务单元时延保持在一定水平以保证应用性能，需要将信号到达时延保持在一定水平，同时将服务单元传输时间保持在一定水平。

当服务单元非常小时（例如几十个字节），服务单元时延和分组时延之间没有显著差异，但是当大小很大时（例如，大小为几十MB或更大的多媒体数据，或神经网络输入数据），在满足数据包级性能和保持应用级性能之间存在很大差距。现有的5G URLLC相关技术大多侧重于减少数据包级时延，这意味着它们主要侧重于减少信号到达时延。但是，从本质上讲，它们对应用程序性能的影响非常有限。

为了解决上述问题，需要结合URLLC技术，根据多终端的应用性能要求，实现MAC调度器，使每个应用的服务单元传输时间保持在一个恒定的水平。MAC调度器必须能够理解应用程序发出的服务单元，能够理解服务目标终端未来将通过的信道，根据估计的网络特性来传输服务单元。此外，应该可以调整无线电资源量以将时间保持在以多时隙为单位的恒定水平。作为参考，虽然所谓的RAN切片技术有望发挥类似的效果，但在将标称资源量设置在一定水平与将实际传输量保持在一定水平之间存在很大差距，而与高度易变的信道环境无关。

为了向MAC调度器提供上述能力，首先，可以转换特定终端（即UE）u的所有频率（f）和时间（t）无线电资源，用RB（f，t，u）表示，并且以传输量（b字节）为单位进行预测。有必要设计一个基于机器学习的预测器（P1），其中b（f, t, u）= P1（RB(f, t, u)）。当P1的输出被准备为每个终端的每个无线电资源的传输量预测图时，MAC调度器使用另一个基于机器学习（或强化学习）的预测器（P2）通过使用终端分配图来确保服务单元时延（这可以理解为一种输出P2的技术：RB(f, t) → u）。注意，如果给出了用户要求（例如，根据服务计划的优先级）和公平性等策略要求，6G MAC调度器的制作方式应该能够同时保证应用服务性能和要求。

为了设计和实现上述技术，6G需要5G通信系统中不存在的各种技术模块。例如，在将RB转换为传输量时，必须同时进行天线、传输功率和调制编码方案（MCS）等各种无线资源管理（RRM）元素的优化。P1和P2可以被预先训练，但为了实时操作/重新学习它们，必须驱动一个强大的实时RAN智能控制器（RIC），用于高速计算学习。此外，为了运行P1和P2，必须设计RIC专用的消息接口来收集可以从终端/服务器处收集的应用服务相关信息，以及可以从RU /CU收集的6G通信系统中的状态信息。

上述创新的MAC调度器重新设计对蜂窝网络的通信系统进行了许多修改，因此可能会增加通信系统的安装和运营成本的负担，所以可能需要通过重塑网络业务模型来摊销。然而，要发挥通信基础设施孵化下一代通信/网络服务的作用，上述结构的重新设计对于6G通信系统而言至关重要。