走向6G

彭健 孫美玉

以數據為中心的智能化系統的快速增長對5G無線系統的能力帶來了巨大挑戰，需要開發具有新功能特性的6G無線系統。

隨著通信需求的提升，移動通信從1G逐步發展至現在的5G，并且5G已經在全球范圍內開始大規模部署。盡管如此，以數據為中心的智能化系統的快速增長對5G無線系統的能力帶來了巨大挑戰。例如要保證虛擬現實（VR）設備良好的用戶體驗，至少需要10Gbps的數據速率，這已經是超越5G（B5G）后才能實現的目標。

為了克服5G應對新挑戰的性能限制，需要開發具有新功能特性的6G無線系統。一方面，6G要實現對傳統蜂窩網絡所有功能的融合，例如支持網絡致密化、高吞吐量、高可靠性、低能耗以及大規模連接。另一方面，6G將運用新技術實現服務和業務的拓展，包括AI、智能可穿戴設備、自動駕駛汽車、擴展現實（XR）和3D投影等。

從5G走向6G

盡管當前5G尚未大規模應用和深入滲透，但從5G標準的規范來看，仍然在信息交互方面存在空間范圍受限和性能指標難以滿足某些垂直行業應用的不足。例如，從通信網絡空間覆蓋范圍看，5G仍然是以基站為中心的發散覆蓋，在基站所未覆蓋的沙漠、無人區、海洋等區域內將形成通信盲區，預計5G時代仍將有80%以上的陸地區域和95%以上的海洋區域無移動網絡信號。此外，5G的通信對象集中在陸地地表10km以內高度的有限空間范圍，無法實現“空天海地”無縫覆蓋的通信愿景。

從行業應用的網絡性能需求看，更大的連接數密度、更大的傳輸帶寬、更低的端到端時延、更高的可靠性和確定性以及更智能化的網絡特性，是移動通信網絡與垂直行業融合應用得以快速推廣和長遠發展的必然需要。例如，對于智能工廠，6G能夠將時延縮減至亞秒（<1ms）級甚至是微秒（μs）級，從而能夠逐步取代工廠內機器間的有線傳輸，實現制造業更高層級的無線化和彈性化。另外，目前5G的連接數密度約為每平方米一個連接設備，隨著傳感器技術和物聯網應用的發展，在很多應用場景下每平方米連接的設備數量將超過1個，5G網絡將無法承擔更大連接設備的接入，必須依賴下一代6G網絡超大連接數性能的支撐。

基于上，6G總體愿景是基于5G愿景的進一步擴展和升級。從網絡接入方式看，6G將包含多樣化的接入網，如移動蜂窩、衛星通信、無人機通信、水聲通信、可見光通信等多種接入方式。從網絡覆蓋范圍看，6G愿景下將構建跨地域、跨空域、跨海域的空—天—海—地一體化網絡，實現真正意義上的全球無縫覆蓋。從網絡性能指標看，6G無論是傳輸速率、端到端時延、可靠性、連接數密度、頻譜效率、網絡能效等方面都會有大的提升，從而滿足各種垂直行業多樣化的網絡需求。從網絡智能化程度看，6G愿景下網絡和用戶將作為統一整體，AI在賦能6G網絡的同時，更重要的是深入挖掘用戶的智能需求，每個用戶都將通過AI助理提升用戶體驗。從網絡服務的邊界看，6G的服務對象將從物理世界的人、機、物拓展至虛擬世界的“境”，通過物理世界和虛擬世界的連接，實現人—機—物—境的協作，滿足人類精神和物質的全方位需求。

6G應用場景展望

未來，6G將以5G提出的三大應用場景（大帶寬，海量連接，超低延遲）為基礎，不斷通過技術創新來提升性能和優化體驗，并且進一步將服務的邊界從物理世界延拓至虛擬世界，在人—機—物—境完美協作的基礎上，探索新的應用場景、新的業務形態和新的商業模式。

人體數字孿生。當前網絡條件下，數字技術對人體健康的監測主要應用于宏觀身體指標監測和顯性疾病預防等方面，實時性和精準性有待進一步提高。隨著6G技術的到來，以及生物科學、材料科學、生物電子醫學等交叉學科的進一步成熟，未來有望實現完整的“人體數字孿生”，即通過大量智能傳感器（>100個/人）在人體的廣泛應用，對重要器官、神經系統、呼吸系統、泌尿系統、肌肉骨骼、情緒狀態等進行精確實時的“鏡像映射”，形成一個完整人體的虛擬世界精確復制品，進而實現人體個性化健康數據的實時監測。此外，結合核磁、CT、彩超、血常規、尿生化等專業的影像和生化檢查結果，利用AI技術可對個體提供健康狀況精準評估和及時干預，并且能夠為專業醫療機構下一步精準診斷和制定個性化的手術方案提供重要參考。

空中高速上網。為了給乘客提供飛機上的空中上網服務，4G/5G時代通信界為此做過大量的努力，但仍然有很大的提升空間。當前空中上網服務主要有兩種模式——地面基站模式和衛星模式。如采用地面基站模式，則空中上網服務質量難以保障;如采用衛星通信模式，上網質量可以相對得到保障，但成本太高。而6G將采用全新的通信技術以及超越“蜂窩”的新穎網絡架構，在降低網絡使用成本的同時，保證能為飛機上的用戶提供高質量的上網服務。

基于全息通信的XR。影響虛擬現實與增強現實（AR/VR）技術、應用和產業快速發展的一大因素是用戶使用的移動性和自由度，即不受所處位置的限制。隨著技術的快速發展，可以預期10年以后（2030—），信息交互形式將進一步由AR/VR逐步演進至高保真擴展現實（XR）交互為主，甚至是基于全息通信的信息交互，最終將全面實現無線全息通信。用戶可隨時隨地享受全息通信和全息顯示帶來的體驗升級——視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺乃至情感將通過高保真XR充分被調動，用戶將不再受到時間和地點的限制，以“我”為中心享受虛擬教育、虛擬旅游、虛擬運動、虛擬繪畫、虛擬演唱會等完全沉浸式的全息體驗。

新型智慧城市群。隨著數字時代的不斷演進，通信網絡成為智慧城市群不可或缺的公共基礎設施。對城市管理部門而言，城市公共基礎設施的建設和維護是重要職責。目前，絕大部分城市公共基礎設施的信息感知、傳輸、分析、控制仍處于各自為政現狀，缺乏統一的平臺。作為城市群的基礎設施之一，6G將采用統一網絡架構，引入新業務場景，構建更高效更完備的網絡。未來6G網絡可由多家運營商投資共建，采用網絡虛擬化技術、軟件定義網絡和網絡切片等技術將物理網絡和邏輯網絡分離。人工智能（AI）深度融入6G系統，將在高效傳輸、無縫組網、內生安全、大規模部署、自動維護等多個層面得到實際應用。

全域應急通信搶險。到2030年以后，“泛在連接”將成為6G網絡的主要特點之一，完成在沙漠、深海、高山等現有網絡盲區的部署，實現跨地域、跨空域、跨海域的全域無縫覆蓋。依托其覆蓋范圍廣、靈活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面災害影響等特點，6G通信網絡在應急通信搶險、“無人區”實時監測等領域應用前景廣闊。如在發生地震等自然災害造成地面通信網絡毀壞時，可以整合天基網絡（衛星）和空基網絡（無人機）等通信資源，實現廣域無縫覆蓋、隨時接入、資源集成支撐應急現場遠距離保障和扁平化的應急指揮。此外，利用6G網絡還可以對沙漠、海洋、河流等容易發生自然災害的區域進行實時動態監控，提供沙塵暴、臺風、洪水等預警服務，將災害損失降到最低。

智能工廠PLUS。利用6G網絡的超高帶寬、超低時延和超可靠等特性，可以對工廠內車間、機床、零部件等運行數據進行實時采集，利用邊緣計算和AI等技術，在終端側直接進行數據監測，并且能夠實時下達執行命令。6G中引入了區塊鏈技術，智能工廠所有終端之間可以直接進行數據交互，而不需要經過云中心，實現去中心化操作，提升生產效率。不僅限于工廠內，6G可保障對整個產品生命周期的全連接。基于先進的6G網絡，工廠內任何需要聯網的智能設備/終端均可靈活組網，智能裝備的組合同樣可根據生產線的需求進行靈活調整和快速部署，從而能夠主動適應制造業個人化、定制化C2B的大趨勢。智能工廠PLUS將從需求端的客戶個性化需求、行業的市場空間，到工廠交付能力、不同工廠間的協作，再到物流、供應鏈、產品及服務交付，形成端到端的閉環，而6G貫穿于閉關的全過程，扮演著重要角色。

網聯機器人和自治系統。目前，一些汽車技術研究人員正在研究智能網聯汽車。6G有助于網聯機器人和自主系統的部署，無人機快遞系統就是這樣的一個案例。6G系統將促進自動駕駛汽車或無人駕駛汽車的規模部署和應用。自動駕駛汽車通過各種傳感器來感知周圍環境，如光探測和測距（LiDAR）、雷達、GPS、聲納、里程計和慣性測量裝置。6G系統將支持可靠的車與萬物相連（V2X）以及車與服務器之間的連接（vehicle to server）。對于無人機（UAV），6G將支持無人機與地面控制器之間的通信。無人機在軍事、商業、科學、農業、娛樂、城市治理、物流、監視、航拍、搶險救災等許多領域都有廣闊的應用空間。此外，當蜂窩基站不存在或者不工作時，無人機可以作為高空平臺站（HAPS）為該區域的用戶提供廣播和高速上網服務。

（來源：中國電子信息產業發展研究院）