走向6G

彭健 孙美玉

以数据为中心的智能化系统的快速增长对5G无线系统的能力带来了巨大挑战，需要开发具有新功能特性的6G无线系统。

随着通信需求的提升，移动通信从1G逐步发展至现在的5G，并且5G已经在全球范围内开始大规模部署。尽管如此，以数据为中心的智能化系统的快速增长对5G无线系统的能力带来了巨大挑战。例如要保证虚拟现实（VR）设备良好的用户体验，至少需要10Gbps的数据速率，这已经是超越5G（B5G）后才能实现的目标。

为了克服5G应对新挑战的性能限制，需要开发具有新功能特性的6G无线系统。一方面，6G要实现对传统蜂窝网络所有功能的融合，例如支持网络致密化、高吞吐量、高可靠性、低能耗以及大规模连接。另一方面，6G将运用新技术实现服务和业务的拓展，包括AI、智能可穿戴设备、自动驾驶汽车、扩展现实（XR）和3D投影等。

从5G走向6G

尽管当前5G尚未大规模应用和深入渗透，但从5G标准的规范来看，仍然在信息交互方面存在空间范围受限和性能指标难以满足某些垂直行业应用的不足。例如，从通信网络空间覆盖范围看，5G仍然是以基站为中心的发散覆盖，在基站所未覆盖的沙漠、无人区、海洋等区域内将形成通信盲区，预计5G时代仍将有80%以上的陆地区域和95%以上的海洋区域无移动网络信号。此外，5G的通信对象集中在陆地地表10km以内高度的有限空间范围，无法实现“空天海地”无缝覆盖的通信愿景。

从行业应用的网络性能需求看，更大的连接数密度、更大的传输带宽、更低的端到端时延、更高的可靠性和确定性以及更智能化的网络特性，是移动通信网络与垂直行业融合应用得以快速推广和长远发展的必然需要。例如，对于智能工厂，6G能够将时延缩减至亚秒（<1ms）级甚至是微秒（μs）級，从而能够逐步取代工厂内机器间的有线传输，实现制造业更高层级的无线化和弹性化。另外，目前5G的连接数密度约为每平方米一个连接设备，随着传感器技术和物联网应用的发展，在很多应用场景下每平方米连接的设备数量将超过1个，5G网络将无法承担更大连接设备的接入，必须依赖下一代6G网络超大连接数性能的支撑。

基于上，6G总体愿景是基于5G愿景的进一步扩展和升级。从网络接入方式看，6G将包含多样化的接入网，如移动蜂窝、卫星通信、无人机通信、水声通信、可见光通信等多种接入方式。从网络覆盖范围看，6G愿景下将构建跨地域、跨空域、跨海域的空—天—海—地一体化网络，实现真正意义上的全球无缝覆盖。从网络性能指标看，6G无论是传输速率、端到端时延、可靠性、连接数密度、频谱效率、网络能效等方面都会有大的提升，从而满足各种垂直行业多样化的网络需求。从网络智能化程度看，6G愿景下网络和用户将作为统一整体，AI在赋能6G网络的同时，更重要的是深入挖掘用户的智能需求，每个用户都将通过AI助理提升用户体验。从网络服务的边界看，6G的服务对象将从物理世界的人、机、物拓展至虚拟世界的“境”，通过物理世界和虚拟世界的连接，实现人—机—物—境的协作，满足人类精神和物质的全方位需求。

6G应用场景展望

未来，6G将以5G提出的三大应用场景（大带宽，海量连接，超低延迟）为基础，不断通过技术创新来提升性能和优化体验，并且进一步将服务的边界从物理世界延拓至虚拟世界，在人—机—物—境完美协作的基础上，探索新的应用场景、新的业务形态和新的商业模式。

人体数字孪生。当前网络条件下，数字技术对人体健康的监测主要应用于宏观身体指标监测和显性疾病预防等方面，实时性和精准性有待进一步提高。随着6G技术的到来，以及生物科学、材料科学、生物电子医学等交叉学科的进一步成熟，未来有望实现完整的“人体数字孪生”，即通过大量智能传感器（>100个/人）在人体的广泛应用，对重要器官、神经系统、呼吸系统、泌尿系统、肌肉骨骼、情绪状态等进行精确实时的“镜像映射”，形成一个完整人体的虚拟世界精确复制品，进而实现人体个性化健康数据的实时监测。此外，结合核磁、CT、彩超、血常规、尿生化等专业的影像和生化检查结果，利用AI技术可对个体提供健康状况精准评估和及时干预，并且能够为专业医疗机构下一步精准诊断和制定个性化的手术方案提供重要参考。

空中高速上网。为了给乘客提供飞机上的空中上网服务，4G/5G时代通信界为此做过大量的努力，但仍然有很大的提升空间。当前空中上网服务主要有两种模式——地面基站模式和卫星模式。如采用地面基站模式，则空中上网服务质量难以保障;如采用卫星通信模式，上网质量可以相对得到保障，但成本太高。而6G将采用全新的通信技术以及超越“蜂窝”的新颖网络架构，在降低网络使用成本的同时，保证能为飞机上的用户提供高质量的上网服务。

基于全息通信的XR。影响虚拟现实与增强现实（AR/VR）技术、应用和产业快速发展的一大因素是用户使用的移动性和自由度，即不受所处位置的限制。随着技术的快速发展，可以预期10年以后（2030—），信息交互形式将进一步由AR/VR逐步演进至高保真扩展现实（XR）交互为主，甚至是基于全息通信的信息交互，最终将全面实现无线全息通信。用户可随时随地享受全息通信和全息显示带来的体验升级——视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉乃至情感将通过高保真XR充分被调动，用户将不再受到时间和地点的限制，以“我”为中心享受虚拟教育、虚拟旅游、虚拟运动、虚拟绘画、虚拟演唱会等完全沉浸式的全息体验。

新型智慧城市群。随着数字时代的不断演进，通信网络成为智慧城市群不可或缺的公共基础设施。对城市管理部门而言，城市公共基础设施的建设和维护是重要职责。目前，绝大部分城市公共基础设施的信息感知、传输、分析、控制仍处于各自为政现状，缺乏统一的平台。作为城市群的基础设施之一，6G将采用统一网络架构，引入新业务场景，构建更高效更完备的网络。未来6G网络可由多家运营商投资共建，采用网络虚拟化技术、软件定义网络和网络切片等技术将物理网络和逻辑网络分离。人工智能（AI）深度融入6G系统，将在高效传输、无缝组网、内生安全、大规模部署、自动维护等多个层面得到实际应用。

全域应急通信抢险。到2030年以后，“泛在连接”将成为6G网络的主要特点之一，完成在沙漠、深海、高山等现有网络盲区的部署，实现跨地域、跨空域、跨海域的全域无缝覆盖。依托其覆盖范围广、灵活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面灾害影响等特点，6G通信网络在应急通信抢险、“无人区”实时监测等领域应用前景广阔。如在发生地震等自然灾害造成地面通信网络毁坏时，可以整合天基网络（卫星）和空基网络（无人机）等通信资源，实现广域无缝覆盖、随时接入、资源集成支撑应急现场远距离保障和扁平化的应急指挥。此外，利用6G网络还可以对沙漠、海洋、河流等容易发生自然灾害的区域进行实时动态监控，提供沙尘暴、台风、洪水等预警服务，将灾害损失降到最低。

智能工廠PLUS。利用6G网络的超高带宽、超低时延和超可靠等特性，可以对工厂内车间、机床、零部件等运行数据进行实时采集，利用边缘计算和AI等技术，在终端侧直接进行数据监测，并且能够实时下达执行命令。6G中引入了区块链技术，智能工厂所有终端之间可以直接进行数据交互，而不需要经过云中心，实现去中心化操作，提升生产效率。不仅限于工厂内，6G可保障对整个产品生命周期的全连接。基于先进的6G网络，工厂内任何需要联网的智能设备/终端均可灵活组网，智能装备的组合同样可根据生产线的需求进行灵活调整和快速部署，从而能够主动适应制造业个人化、定制化C2B的大趋势。智能工厂PLUS将从需求端的客户个性化需求、行业的市场空间，到工厂交付能力、不同工厂间的协作，再到物流、供应链、产品及服务交付，形成端到端的闭环，而6G贯穿于闭关的全过程，扮演着重要角色。

网联机器人和自治系统。目前，一些汽车技术研究人员正在研究智能网联汽车。6G有助于网联机器人和自主系统的部署，无人机快递系统就是这样的一个案例。6G系统将促进自动驾驶汽车或无人驾驶汽车的规模部署和应用。自动驾驶汽车通过各种传感器来感知周围环境，如光探测和测距（LiDAR）、雷达、GPS、声纳、里程计和惯性测量装置。6G系统将支持可靠的车与万物相连（V2X）以及车与服务器之间的连接（vehicle to server）。对于无人机（UAV），6G将支持无人机与地面控制器之间的通信。无人机在军事、商业、科学、农业、娱乐、城市治理、物流、监视、航拍、抢险救灾等许多领域都有广阔的应用空间。此外，当蜂窝基站不存在或者不工作时，无人机可以作为高空平台站（HAPS）为该区域的用户提供广播和高速上网服务。

（来源：中国电子信息产业发展研究院）