在過去的幾十年里，移動(dòng)通信的演進(jìn)升級(jí)深刻地影響著人類社會(huì)的發(fā)展，為國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步做出了卓越的貢獻(xiàn)。人們期待以十年為一代的移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)，能夠與社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)契合，并更好地奠定未來社會(huì)的發(fā)展基礎(chǔ)。移動(dòng)通信發(fā)展經(jīng)歷了從1G的語音、2G的語音和文本，到3G的多媒體、4G的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，再到5G的場(chǎng)景連接。6G將是在5G規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)覆蓋和智能化場(chǎng)景的升級(jí)換代。6G進(jìn)展如何？將賦能哪些應(yīng)用場(chǎng)景？技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)怎樣的趨勢(shì)？請(qǐng)關(guān)注本版的報(bào)道。
全覆蓋移動(dòng)寬帶和智能跨領(lǐng)域是兩類應(yīng)用場(chǎng)景
6G技術(shù)將在哪些場(chǎng)景落地？中國信科旗下大唐移動(dòng)發(fā)布的《6G愿景與技術(shù)趨勢(shì)白皮書》認(rèn)為，十年后，移動(dòng)通信系統(tǒng)需要著重考慮兩類主要的技術(shù)與服務(wù)使用場(chǎng)景：全覆蓋移動(dòng)寬帶場(chǎng)景以及智能跨領(lǐng)域場(chǎng)景，具體而言主要包括十大場(chǎng)景。
空天地立體全覆蓋將能在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間，以任何方式提供信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)天基、空基、陸基等各類用戶接入與應(yīng)用。支持空天地立體全覆蓋的6G網(wǎng)絡(luò)需要滿足一系列技術(shù)需求，如網(wǎng)絡(luò)覆蓋的廣度和深度持續(xù)提升，覆蓋率達(dá)100%；能提供廣域時(shí)間敏感服務(wù)和按需確定性服務(wù)，明顯提升系統(tǒng)的平均頻譜效率和邊緣頻譜效率；此外，網(wǎng)絡(luò)還需具有很好的抗毀應(yīng)災(zāi)能力。
全息通信是面向未來虛擬與現(xiàn)實(shí)深度融合的一種新的呈現(xiàn)形式。通信系統(tǒng)將面臨更高的技術(shù)挑戰(zhàn)以滿足全息通信的傳輸需求。以單流4K為單位像素，5×5的全息圖像數(shù)據(jù)為例：采用60fps刷新率、100∶1壓縮比，為支持全息多維立體呈現(xiàn)效果，需支持至少360個(gè)并發(fā)流，傳輸峰值帶寬將達(dá)Tbps量級(jí)，同時(shí)對(duì)終端解碼能力提出了更高的要求。
到6G時(shí)代，智能車聯(lián)網(wǎng)將有進(jìn)一步的發(fā)展，更多的智能移動(dòng)載人平臺(tái)接入網(wǎng)絡(luò)，將在“海-陸-空”多個(gè)層面為人們提供更加便捷、立體化的交通服務(wù)的同時(shí)，6G系統(tǒng)需要滿足多樣化智能移動(dòng)載人平臺(tái)的通信需求。例如：全自動(dòng)無人駕駛根據(jù)不同級(jí)別需要延遲低至3ms，可靠性高達(dá)99.999%。
基于6G網(wǎng)絡(luò)，健康醫(yī)療將進(jìn)一步向智能化、個(gè)性化和泛在化方向發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程全息醫(yī)療手術(shù)中的精準(zhǔn)操作與實(shí)時(shí)傳輸，傳輸速率將達(dá)Tbps量級(jí)，可靠性最大限度接近100%，對(duì)于醫(yī)療手術(shù)等應(yīng)用進(jìn)一步要求時(shí)延低于5ms。
在未來的智能工廠中，通信需求將呈現(xiàn)多樣化、差異化的特點(diǎn)。例如在需求交互過程中，采用XR或者全息通信需要Tbps量級(jí)的傳輸速率；而在生產(chǎn)過程中僅需較低的傳輸速率以傳遞智能工廠控制命令，但需要極低的時(shí)延抖動(dòng)和極高的可靠性。借助數(shù)字孿生技術(shù)，未來工廠可實(shí)現(xiàn)相關(guān)資源的預(yù)配置，甚至工廠升級(jí)換代。
此外，這份白皮書認(rèn)為，深度覆蓋、增強(qiáng)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、探測(cè)感知、公共安全、數(shù)字孿生社會(huì)也將是6G網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用場(chǎng)景。
復(fù)雜場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力提出更高要求
由于6G網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度以及靈活性要求大幅提升，相應(yīng)地也將提升網(wǎng)絡(luò)安全能力。這份白皮書提出了6G將實(shí)現(xiàn)的五大能力。
基礎(chǔ)通信能力主要面向滿足未來趨勢(shì)的不同使用場(chǎng)景中各種各樣的通信質(zhì)量要求，這些性能要求主要與6G通信服務(wù)的兩大使用場(chǎng)景相關(guān)。有些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)在5G階段已經(jīng)廣泛使用，但6G要求將更高。還有一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，例如定位精度等，其重要性將伴隨移動(dòng)通信應(yīng)用的發(fā)展逐步體現(xiàn)出來。未來，一些全新的跨領(lǐng)域場(chǎng)景還會(huì)出現(xiàn)新的技術(shù)指標(biāo)要求，用以衡量支撐該場(chǎng)景的通信質(zhì)量。
智能化能力在6G將發(fā)展為內(nèi)生智能，即網(wǎng)絡(luò)可以不需要外界干預(yù)，通過例如內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練、推演與分發(fā)等功能實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)智能化，這將是6G具備的重要能力之一。具備內(nèi)生智能的通信系統(tǒng)，將根據(jù)外部環(huán)境和業(yè)務(wù)的變化自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署、無線資源管理、無線信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)元的自治，為各行各業(yè)提供智能高效的定制化服務(wù)。
無線感知能力與通信一體化融合為移動(dòng)通信系統(tǒng)增加了新的能力維度，擴(kuò)展了其作為信息基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)范圍，為移動(dòng)通信系統(tǒng)及其服務(wù)的對(duì)象提供了新的數(shù)據(jù)獲取途徑。值得一提的是，利用感知所獲得的數(shù)據(jù)可以作為網(wǎng)絡(luò)智能化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在工業(yè)領(lǐng)域，特別是生產(chǎn)制造場(chǎng)所執(zhí)行大規(guī)模且超過人類感知能力的探測(cè)感知操作以及服務(wù)于數(shù)字孿生應(yīng)用中物體、人以及環(huán)境的信息獲取均可以通過6G無線感知能力來實(shí)現(xiàn)。
6G網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力將從“端-云”架構(gòu)向“端-網(wǎng)-云”協(xié)同的架構(gòu)方向演進(jìn)。面向6G的不同場(chǎng)景、不同業(yè)務(wù)需求以及6G網(wǎng)絡(luò)的智慧內(nèi)生屬性要求，6G網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)處理需求彈性地分配計(jì)算能力。同時(shí)，6G網(wǎng)絡(luò)通過“端-網(wǎng)-云”的高效協(xié)作，實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力的隨選和均衡應(yīng)用?！岸?網(wǎng)-云”協(xié)同需考慮多維度關(guān)鍵性能指標(biāo)要求，為滿足多樣化服務(wù)需求，利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生智能，將計(jì)算資源優(yōu)化擴(kuò)展到多維資源聯(lián)合優(yōu)化。
在安全能力方面，6G網(wǎng)絡(luò)通過現(xiàn)實(shí)空間中人、設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)等實(shí)體向網(wǎng)絡(luò)空間的身份可信映射，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間與現(xiàn)實(shí)空間身份的可信對(duì)應(yīng)。6G網(wǎng)絡(luò)能提供所需即所得的安全通信和應(yīng)用服務(wù)，通過對(duì)場(chǎng)景信息的實(shí)時(shí)感知和智能分析，根據(jù)服務(wù)對(duì)象和場(chǎng)景智能選取不同的安全策略進(jìn)行資源配置，提供差異化網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。6G網(wǎng)絡(luò)能支持實(shí)體內(nèi)建可信免疫機(jī)制，采用主動(dòng)方式保證網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒、木馬的主動(dòng)防御。
6G進(jìn)展如何？
隨著5G技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布以及市場(chǎng)的快速推進(jìn)，通信學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界以及標(biāo)準(zhǔn)化組織均啟動(dòng)了第六代移動(dòng)通信（6G）在愿景、需求和技術(shù)上的研究。
2018年，芬蘭開始研究6G相關(guān)技術(shù)。2019年3月15日，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）一致投票通過開放“太赫茲波”頻譜的決定，以期其有朝一日被用于6G服務(wù)。2019年3月，全球首屆6G峰會(huì)在芬蘭舉辦，幾個(gè)月后，全球首份6G白皮書《6G無線智能無處不在的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)與研究挑戰(zhàn)》發(fā)布。
2020年2月，國際電信聯(lián)盟無線電部門5D工作組（ITU-R WP5D）召開了第三十四次會(huì)議暨世界無線電通信大會(huì)WRC-19后的第一次會(huì)議，正式開始面向2030及未來（即6G）的研究工作，并于同年10月向各大外部組織發(fā)送聯(lián)絡(luò)函，征集業(yè)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)于6G技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的觀點(diǎn)。
我國工業(yè)和信息化部于2019年成立了6G研究組，并在2019年底正式更名為IMT-2030推進(jìn)組，推動(dòng)6G相關(guān)工作。
6G有哪些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)？
白皮書《6G無線智能無處不在的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)與研究挑戰(zhàn)》認(rèn)為，與從1G到5G的前幾次移動(dòng)通信技術(shù)換代類似，6G的大多數(shù)性能指標(biāo)相比5G將提升10到100倍。
這份白皮書給出了幾個(gè)衡量6G技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)：峰值傳輸速度達(dá)到100Gbps~1Tbps，而5G僅為10Gpbs；室內(nèi)定位精度10厘米，室外1米，相比5G提高10倍；通信時(shí)延0.1毫秒，是5G的十分之一；超高可靠性，中斷概率小于百萬分之一；超高密度，連接設(shè)備密度達(dá)到每立方米過百個(gè)。此外，6G將采用太赫茲頻段通信，網(wǎng)絡(luò)容量大幅提升。
從覆蓋范圍上看，6G無線網(wǎng)絡(luò)不再局限于地面，而是將實(shí)現(xiàn)地面、衛(wèi)星和機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。從定位精度上看，傳統(tǒng)的GPS和蜂窩多點(diǎn)定位精度有限，難以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)物品精準(zhǔn)部署，6G則足以實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的高精度定位。同時(shí)，6G將與人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)深度融合，智能傳感、智能定位、智能資源分配、智能接口切換等都將成為現(xiàn)實(shí)，智能程度大幅提升。
6G 需要對(duì)創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了支持眾多的具體場(chǎng)景和應(yīng)用，滿足相應(yīng)的技術(shù)性能需求，6G需要?jiǎng)?chuàng)新的技術(shù)、技術(shù)組合和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用以提升空中接口能力、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能和其他指標(biāo)并將人工智能、感知、計(jì)算等與無線通信網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合。對(duì)于6G的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，上述白皮書做出了五個(gè)判斷。
超維度天線技術(shù)（xD-MIMO）是大規(guī)模天線技術(shù)的演進(jìn)升級(jí)，它不僅包含天線規(guī)模的進(jìn)一步增加，還包括新型的系統(tǒng)架構(gòu)、新型的實(shí)現(xiàn)方式、智能化的處理方式等。xD-MIMO的使用也不再限于通信，還包括感知、高維度定位等。xD-MIMO的智能化體現(xiàn)在xD-MIMO的各個(gè)方面，包括智能化的波束賦形、信號(hào)處理等，將充分挖掘xD-MIMO技術(shù)的潛力，使其實(shí)現(xiàn)前所未有的性能。
空天地融合技術(shù)針對(duì)天基多層子網(wǎng)和地面蜂窩多層子網(wǎng)組成的多重形態(tài)立體異構(gòu)空天地融合的通信網(wǎng)絡(luò)，期望構(gòu)建包含統(tǒng)一空口傳輸協(xié)議和組網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，來滿足不同部署場(chǎng)景和多樣化的業(yè)務(wù)需求。未來用戶只需攜帶一部終端，就可以實(shí)現(xiàn)全球無縫漫游和無感知切換。
智能無線技術(shù)將與6G系統(tǒng)的各個(gè)層面融合。有別于5G以外掛的方式引入人工智能，6G將采用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生的智能無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)智能化。鑒于算力由計(jì)算中心向網(wǎng)絡(luò)邊緣、用戶終端的不斷發(fā)展，智能無線技術(shù)也將呈現(xiàn)出分布式發(fā)展的趨勢(shì)：核心網(wǎng)、基站、終端等網(wǎng)元均將具備不同程度的智能，借助聯(lián)邦學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)等新興機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，共同提升6G無線網(wǎng)絡(luò)智能化的水平。
無線感知和無線通信可以進(jìn)行更為深度的融合，采用被動(dòng)感知、主動(dòng)感知、交互感知等方式與無線通信形成互補(bǔ)。在6G系統(tǒng)中，可進(jìn)一步有效利用太赫茲、可見光等高頻段的頻譜資源，通過通信和感知模塊的融合以及波形和多天線技術(shù)的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對(duì)例如環(huán)境、位置、人體動(dòng)作的精準(zhǔn)感知，同時(shí)還可減小設(shè)備體積。
多址接入技術(shù)在6G系統(tǒng)中進(jìn)一步演進(jìn)，例如采用非正交多址技術(shù)以及相應(yīng)的增強(qiáng)技術(shù)，來提高空口資源的使用維度，并有效提高接入和傳輸?shù)某晒β?，同時(shí)有利于更高優(yōu)先級(jí)用戶集合的接入。通過新型的或者優(yōu)化的空口設(shè)計(jì)，非正交多址技術(shù)可以有效地提升接入的用戶數(shù)量，減小傳輸時(shí)延，特別是更利于垂直行業(yè)中小包數(shù)據(jù)的突發(fā)傳輸。
