5G應用創新與6G技術演進

尤肖虎

一、5G技術框架及應用創新

（一）移動通信發展歷程、核心技術及應用特征

移動通信整體的發展脈絡，從1G到5G，實際上跨越三個階段，應用特征發生了三次根本性的變革。

第一個階段是從模擬到數字。從20世紀80年代的第一代模擬通信到90年代的第二代數字通信，這是移動通信第一次大的變革。這一階段解決移動通信的基本業務，話音業務以及一些數字消息業務。

第二個階段是從窄帶到寬帶。2000年第三代移動通信實現寬帶化，實際上這個目標到2010年第四代移動通信才基本上完成。大家都體會到，3G剛剛推出的時候，業務能力對移動互聯網的支持是非常有限的，到了4G，移動寬帶已經快速普及，催生了移動互聯網業務的蓬勃發展。從窄帶到寬帶，這是移動通信第二次大的變革。

第三個階段是從移動互聯網到移動信息基礎設施（高可靠、低時延）。從5G開始，移動通信又發生第三次大的變革，從移動互聯網支撐垂直行業，也就是滲透到社會各行各業，這是一個大的變革，我們預計這個大的變革可能會持續十年甚至更長的時間才能非常好地完成。

（二）5G：從應用場景到技術需求

ITU（國際電信聯盟）在2014年給出5G三大應用場景，增強移動寬帶、海量機器類通信、超高可靠低時延通信。傳統移動通信只強調增強移動寬帶，即只強調傳輸速率和移動性。現在的技術指標強調覆蓋，強調延時，強調可靠性，強調這個終端的待機時間，特別是靠近供電（設施）的電池待機時長要求更高，可能要十年甚至更長。

（三）愿景：5G應用改變社會——增強寬帶，萬物互聯

4G改變生活，5G改變社會。怎么改變？有三大類應用。第一類是大視頻業務，包括廣電非常關心的AR/VR/XR、4K/8K高清應用，以及一些游戲等應用，它對帶寬要求非常高。另外兩類和物聯網有關，一類是大連接業務，就是海量傳感與物—物互聯應用；另一類是高可靠低時延業務，包括車聯網及工業應用。

我們看一下華為xLab總結的5G新型應用10大場景：1.云VR/AR——實時計算機圖像渲染和建模；2.車聯網——遠控駕駛、編隊行駛、自動駕駛；3.智能制造——無線機器人云端控制；4.智慧能源——饋線自動化；5.無限醫療——具備力反饋的遠程診斷；6.無線家庭娛樂——高清8K視頻和云游戲；7.聯網無人機——專業巡檢和安防；8.社交網絡——超高清/全景直播；9.個人AI輔助——AI輔助智能頭盔；10.智慧城市——AI使能的視頻監控。以上場景對傳輸速度和傳輸時延要求是非常高的，不是現有的4G系統能支撐的，需要5G技術加以支撐。

總結起來，5G傳得快，反應快，舉一個例子，包剪錘游戲，人類永遠贏不了機器，人類的反應時間是60毫秒，AI+5G的反應時間是20毫秒，人類出手的瞬間，機器反應出來了，所以它可以做到很多人類不可能做到的事情。利用5G和人工智能可以進一步改變世界。

（四）5G系統基本構成與產業鏈

5G的產業鏈非常長，我把它簡單分了一下，包括終端設備、基站設備、網絡設備。既包括硬件設備，也包括軟件設備，還有關鍵技術等，所以整個供應鏈非常長，在某些環節上被卡脖子也是非常正常的。產業鏈上我國也有相對比較薄弱的地方，所以我們希望能夠形成一個和諧的供應鏈，這是5G發展的一個非常重要的目標。不見得所有的環節都是我國本地企業來提供，最好是能夠多渠道、多廠商供應，這樣它的產業鏈和穩定性將會提升許多。

（五）5G技術框架與標準

為了實現三大場景下一系列的技術應用，我們需要什么樣的5G技術框架與標準呢？我國在這方面做了一些貢獻，比如說定義了5G的技術能力，率先提出了5G的技術框架，這包含兩個大的部分，一個是靈活統一的空中接口，一個是新型的網絡構架。5G有非常多的應用場景，并且這個場景變化是非常大的。我們采用了一系列的技術使得5G的空中接口和網絡變得足夠靈活，最大可能地滿足各種各樣的應用。

5G和4G對比，第一次把三大場景用統一接口來支撐，支持靈活的設計，支持更高的傳輸效率，用大規模天線、更高頻譜效率，非正交接入、高效海量支持小數據物聯，滿足更為普適性的應用（移動互聯網+移動物聯網），更加靈活的網絡資源自由度，更加具有挑戰性的系統設計。

二、我國在5G技術發展中的突出貢獻

移動通信是國家關鍵網絡基礎設施，是推動國民經濟發展、提升信息化水平的重要引擎。5G作為我國網絡強國建設的重點突破領域，“十三五”規劃以及國家信息化發展戰略中，均把5G作為優先發展的內容。我國在2013年左右，和全球同步啟動了5G的研究，全面推進5G需求、技術、標準、產業及國際合作等。利用我國的制度優勢，產學研密切結合，頂層設計，協同推進，5G整體性的推進非常強。我國的移動通信技術從4G的并跑迅速發展到在5G系統級的研發方面走在世界的最前列。

從2014年開始，在三部委組織下，在推進全世界范圍內5G的技術交融和技術實驗，分三個階段，第一個是關鍵技術的實驗，第二個是方案的驗證，第三個是系統級的驗證，一直到2019年，已經進入商用階段。我國是率先用5G無線技術試驗支撐國際標準發展的國家，對于支撐全球范圍內5G核心技術標準的形成做出了重要貢獻。我國還成立了5G推進組，全面協調5G的研發活動包括技術創新、標準推進、產業協作、國際合作等。

我國全面參與5G國際標準的制定，在整個3GPP標準化組織里面，有30多個職位，投票權23%，文稿數量占到了1/3左右，牽頭項目達到了45%左右。從這些具體的數字上可以看到我國為5G做出的貢獻。

我國所做的貢獻還體現在5G標準基本專利占比明顯提升。我國推動形成全球統一的5G國際標準，華為、中興在3GPP 5G標準企業披露的基本專利超過2400項。截至2019年2月，我國企業在歐洲電信標準化協會聲明的5G標準必要專利占比達到32.3%，位居全球第一位。另外，我國面向5G典型場景，全面滿足ITU指標。從這些層面上也看出我國在推動5G方面的貢獻。

三、5G向6G技術的未來演進

隨著5G的大規模商用，6G已經成為新一輪科技競爭的焦點。我國于2019年11月啟動了國家6G專項研究計劃，成立國家6G技術研發推進工作組和總體專家組，標志我國6G技術研發工作正式啟動。其他各國首腦也在談6G，美國提出“衛星+太赫茲=6G”的概念；日本提出了未來6G技術的發展路線圖，希望2024年5G覆蓋率達到98%，為6G奠定基礎，2030年全面引入6G商用，并且要占據30%的全球市場份額；韓國希望在2028年率先實施6G，確保韓國成為首個6G的商用國家。新一輪在移動通信領域的競爭已經全面開啟。

ITU也啟動了面向2030年的6G研究工作，計劃于2022年6月，完成未來技術趨勢研究報告，詳細描述5G之后的技術演進方向，計劃于2023年6月，完成6G系統整體目標、應用場景和主要系統能力等。

6G的特征是超連接、更高速率與可靠性、更低時延、更寬覆蓋、更加智能。

紫金山實驗室率先啟動了6G的研究，目前有一支將近200人的隊伍從事6G關鍵技術的研發。我們提出了6G的發展愿景，就是全覆蓋、全頻譜、全應用、強安全。

全頻譜，移動通信從第一代（1G）發展到第五代（5G），用來發送和接收的數字信息越來越多，越來越快，所以用的電磁波頻率越來越高。到6G，在深耕低頻段、超低頻段的同時，將向毫米波、太赫茲和可見光等高頻發展。根據目前的測算，如果用毫米波頻段，移動傳輸速率將達到5G的100倍，達到1TB/秒。到6G更高的頻段，全頻譜是非常自然的。

全覆蓋，現有的4G、5G覆蓋地球表面的7%還不到，剩下沒有信號覆蓋的93%怎么辦？靠衛星和地面網絡的融合，我們叫星地融合，可以覆蓋無邊無際的沙漠海洋和人跡罕至的高山密林。實際上是靠地面的網絡來解決容量問題，靠衛星來解決覆蓋問題。兩者有機的結合才真正能夠滿足全人類的需求。

全應用，5G已經邁向全應用，6G會派生出來一些更新的場景，比如數字孿生，在虛擬的數字空間中復制出現實世界，利用這個虛擬的數字城市、數字社區、數字物體，再借助人工智能等技術，做設計、做規劃，做各種推演推算，讓我們面對現實的選擇不再糾結；遠程全息無人智能系統，與遠在萬里之外的人面對面互動——不是互相在屏幕上看“大臉”，而是面對栩栩如生的全息3D立體影像。這些應用對于流量、時延的要求更高。

和4G時代的信號基站不一樣，進入5G時代就開始需要一種特殊的信號發射裝置——大規模天線陣列。將數十上百個天線和芯片集成到一塊“平板”上，5G的高頻信號就可以穩定、安全地發送到用戶的手機上，而且信號穩定干擾小。6G通信就更需要這種大規模天線陣列，而且要求更高。紫金山實驗室經過不斷探索，已經研制出全球首個基于CMOS工藝、陣元數高達10000個的高集成毫米波相控天線陣列，解決了6G未來大規模商用的某些瓶頸問題。而且，這種裝置從芯片到天線陣全面自主可控，為我國持續引領5G/6G奠定基礎。

目前我們要推進全場景5G網絡大規模商用，在實現良好覆蓋的同時，充分利用5G大連接、低時延、高可靠的基礎傳輸能力，有效支持車聯網、工業互聯網等垂直行業廣泛普及應用；在冬奧會、特殊行業等部署典型應用與示范，促進毫米波5G產業應用技術逐漸成熟，為未來6G發展奠定基礎。