5G移动通信系统关键技术与标准进展及6G展望

2020-12-17陈彦萍周运基李建雄

西安邮电大学学报 2020年1期

禹忠，陈彦萍，周运基，李建雄

(1.西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安 710121； 2.西安邮电大学计算机学院，陕西西安 710121；3.唐山广播电视台，河北唐山 063000)

随着移动通信技术的发展，移动通信接入方式和数量爆炸式增长，以及移动业务内容迅猛扩张，4G长期演进技术。长期演进(long term evolution， LTE))技术越来越不能满足人们对更大的网络容量，更高的用户吞吐量，更有效的频谱利用率，更宽的带宽，更低的延迟，更低的功率需求。2012年全球主要国家和区域纷纷启动5G移动通信技术需求和技术研究工作。

国际电信联盟(international telecommunication union，ITU)和第3代合作计划(3rd generation partnership project，3GPP)启动了一系列5G工作，如5G愿景、需求、评估方法等，并于2015年6月正式发布了5G;智能多模式终端国际移动通信2020(intelligent multimode terminal，IMT-2020)愿景，明确了面向2020年及未来的移动通信市场、用户、业务应用的发展趋势，并提出未来移动通信系统的框架和关键能力[1]。

国际电信联盟经过多轮讨论，最终确定了5G的3大类应用场景和技术指标，如图1所示，包括以下3个方面。

图1 IMT-2020 应用场景

1)应用于移动互联网的增强移动宽带(enhanced mobile broadband，eMBB)，在当前移动宽带业务场景的基础上对用户体验等性能进一步提升，追求人与人之间极致的通信体验。

2)大规模机器类通信(massive machine type communications，mMTC)，即大连接物联网，适用于万物互联下的物联网业务。

3)超可靠低延时通信(ultra reliable and low latency communications，URLLC)，即高性能物联网，适用于无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。

根据ITU愿景，如图2所示，IMT-2020系统所包括新功能超越了IMT-Advanced的功能，ITU定义了8大关键技术指标，其中峰值速率、移动性、时延和频谱效率是传统的移动宽带关键技术指标，新定义了4个关键指标，即用户体验速率、连接数密度、流量密度和能效[2]。3大场景包括8个指标，其中eMBB重点关注6个指标，大规模机器类型通信(massive machine type communication,mMTC)。重点关注2个指标，极可靠低时延通信(ultra-relaible and low latency communication,URLLC)则强调传输时延指标。5G将满足20 Gbit/s的光纤般接入速率、毫秒级时延的业务体验、千亿设备的连接能力、超高流量密度和连接数密度及百倍网络能效提升等极致指标，为此，人们开展了5G系统设计和标准化的研究工作。

图2 IMT-2020关键能力

1 5G标准进展

移动通信的标准主要在ITU和3GPP中进行，其中，ITU属于联合国下统一全球信息通信技术事务，ITU会以建议书和报告的形式制定用于移动通信的无线电接口标准。国际电信联盟-无线电通信部(ITU-radiocommunica，ITU-R)从1990年代后期推动了全球移动通信的IMT系统标准制定，包括IMT-2000和IMT-Advanced等标准，成功地实现了3G和4G网络的全球化。ITU-R成员通常来自世界各地的主管部门，整个电信行业以及学术/研究组织，他们参加了有关有效管理和频谱/轨道资源使用，无线电系统的特性和性能，频谱监控以及用于公共安全的紧急无线电通信。其中，5D工作组(working party 5D，WP 5D)是ITU-R第5研究组的一部分，该研究组负责IMT系统的整个无线电系统方面。2012年初，ITU-R发起了一项研究计划，帮助开发2020年及以后的移动通信系统、愿景，为全球范围内开展广泛5G研究活动奠定基础。ITU-R 5D工作组已经完成了对IMT-2020时间表和提交流程以及IMT-2020系统的最低要求和评估方法的意见。ITU-R M.2410-0以及ITU-R M.2412-0报告详细解释了评估IMT-2020系统的技术特性，其中包括服务和频谱方面以及与技术性能有关的要求[2-3]。根据IMT-2020过程，提交候选人的截止日期为2019年第3季度，随后由外部小组进行独立评估，最终在2020年第三季度形成IMT-2020规范[3]。

3GPP国际标准组织作为全球3G和4G主流移动通信标准制定组织，成立于1998年12月，成功地推出了3G和4G的标准并主导了全球移动通信的发展，3GPP标准化工作主要由无线电接入网(radio access network，RAN)、服务与系统方面(services& systems aspects，SA)和核心网及终端(core network & terminals CT)等3个工作组开展。2015年9月3GPP启动了5G新型无线空口(5G new radio，5G NR)的研究，3GPP服务和需求工作组负责5G服务需求，这些3GPP候选技术的初步研究是3GPP Rel-14的一部分，并于2017年3月完成。2015年底，3GPP系统架构工作组批准了有关下一代系统架构研究的技术报告，该报告提出了3GPP的5G架构设计愿景，对新ITU-R M的支持，演进的LTE，以及与非3GPP接入网络的互通。如图3所示，基于RAN可行性研究的成果，3GPP分为Phase1和Phase 2两个阶段开发5G规范。

Phase1对应Rel-15版本，Phase 2对应Rel-16版本。每个Phase又细分为Stage1、Stage2和Stage3等3个阶段，Stage1是业务需求阶段，Stage2是系统架构阶段，Stage3是具体的协议阶段。Rel-15本来分为非独立组网版和独立组网版本两个版本，其中非独立组网版本在2017年12月发布，在2018年8月冻结，由于又增加了更多组网架构的支持，Rel-15又定义了一个“Late Drop”版本于2019年6月完成，产业界可以依照这个版本开始早期的设备研发和网络部署。2018年3月，3GPP开始了Rel-16标准制定工作，Rel-16在增强基础的移动宽带业务能力和基础网络架构能力的同时，重点提升对垂直行业应用的支持，特别是对低时延高可靠类业务的支持。在移动宽带业务能力方面，R16将重点研究多天线增强、载波聚合与大带宽增强、远端干扰删除以及已经开展的非正交多址和免许可5G技术。Rel-16将在2020年6月冻结。这两个版本的完成标志着3GPP 5G标准制定工作结束。同时，5G标准中还存在大量遗留工作，于是2019年10月3GPP开始了Rel-17版本研究工作，计划2021年底结束。

图3 3GPP Rel-15和Rel-16研究计划

到2019年底，与Rel-16相关的83项研究以及与Rel-17相关的13项研究正在进行中，涉及的主题包括多媒体优先服务，车辆到所有车对外界的信息交换(vehicle to everything，V2X)应用层服务，5G卫星接入，5G局域网支持，5G的无线和有线融合，终端定位和位置，垂直域中的通信以及网络自动化和新颖的无线电技术。关于安全性，编解码器和流服务，局域网互通，网络切片和物联网(internet of things，IoT)的进一步研究已经启动或取得进展。5G中各版本技术特征如表1所示。

表1 3GPP 5G NR各版本关键技术

3GPP需要向ITU-R提交5G标准提案，经ITU-R组织评估后确认为国际标准。如图4所示，3GPP向ITU-R提交5G标准提案的时间节点和内容分下述3个步骤[4]。

图4 3GPP向ITU-R提交5G标准提案的时间节点和内容

步骤1从2017年9月到2017年12月，在RAN ITU-R Ad-Hoc中进行讨论，自我评估校准，准备并最终确定要提交给ITU-R WP 5D#29的初始描述模板信息。

步骤2从2018年初到2018年9月，目标是在2018年9月提交“更新和自我评估”，针对增强eMBB，mMTC和URLLC要求以及针对NR和LTE功能的测试环境进行性能评估，更新描述模板并根据自我评估结果准备合规性模板，根据2018年9月的Rel-15提供描述模板，合规性模板和自我评估结果。

步骤3从2018年9月到2019年6月，以2019年6月的最终提交为目标，通过考虑Rel-15之外的Rel-16更新来进行性能评估更新，更新描述模板和合规性模板。实际该工作已经延误到2020年6月。

2 5G通信中关键技术

5G实现移动通信系统的平滑演进，既继承了4G中成熟的关键技术，又采用大量改进的新技术[5]。

2.1 灵活的频谱技术

5G NR物理层信号传输框架继承了4G LTE的基础设计，仍采用正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access，OFDMA)作为上行和下行基础多址方案，支持频分的双工(frequency-divisionduplex，FDD)和时分双工(time-division duplex (time-divisionduplex， TDD)方式，下行采用循环前缀-OFDM (cyclic-OFDM prefix-OFDM，CP-OFDM)，上行支持CP-OFDM和离散傅里叶变换扩展OFDM(OFDMdirec fourier transformer spread OFDM (DFT-s-)(DFT-s-OFDM)两种波形调制，相比于LTE系统90%的频谱利用率，5G NR支持更高的频谱利用、更陡的频谱模板，并通过基于实现的新波形方案避免频带之间的干扰[6]。

5G NR支持更大的频谱带宽，在6 GHz以下的频谱，5G新空口支持最大100 MHz的频谱带宽。针对20～50 GHz毫米波频段，5G NR支持最大400 MHz的频谱带宽，较之4G LTE系统的最大20 MHz频谱带宽，5G能更有效地利用频谱资源，支持增强移动宽带业务。5G NR采用部分带宽设计，灵活支持多种终端带宽，支持非连续载波，可以降低终端功耗并适应多种业务需求[7-9]。

5G NR采用灵活参数集支持多样带宽传输。如图5所示，5G NR以15 kHz子载波间隔为基础，可根据15×2u MHz灵活扩展，其中u=0，1，2，3，4，也就是说NR支持15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz和240 kHz等5种子载波间隔，其中子载波15 kHz、30 kHz、60 kHz 适用于sub-6 GHz的频谱，子载波60 kHz、120 kHz、240 kHz适用于高于6 GHz频段[7,10]。

2.2 灵活帧结构

LTE系统定义了7种帧结构、11种特殊子帧格式，5G NR定义了56种时隙格式，并可以基于符号灵活定义帧结构。LTE帧结构以准静态配置为主，高层配置了某种帧结构后，网络在一段时间内固定采用该帧结构，帧结构周期为5 ms和10 ms，在特定场景下，也可以支持物理层的快速帧结构调整。5G NR从一开始设计就支持准静态配置和快速配置，支持更多周期配置，如0.5 ms、0.625 ms、1 ms、1.25 ms、2 ms、2.5 ms、5 ms和10 ms，此外，时隙中的符号可以配置上行、下行或灵活符号，其中灵活符号可以通过物理层信令配置为下行或上行符号，以灵活支持突发业务[7,11-12]。

5G NR实现传输资源和传输时间的灵活可配。支持多种资源块颗粒度，如基于时隙、部分时隙、多个时隙的力度，以满足不同业务需求。支持可配置的新数据分组传输和重传时序，既满足灵活帧结构，又满足低时延需求。

图5 5G NR帧结构定义

2.3 5G NR大规模天线

5G NR支持基于波束的系统设计，提供更灵活的网络部署手段。LTE中同步、接入采用广播传输模式，数据信道支持波束成形传输模式。为了实现同步、接入和数据传输3个阶段的匹配，NR中同步、接入、控制信道、数据信道均基于波束传输，并支持基于波束的测量和移动性管理，以同步为例，NR支持多个同步信号块，单边带(single side ban，SSB)可以指向不同的区域，比如楼宇的高层、中层和地面，为网络规划提供更多可调手段。

NR支持数字和混合波束成形。低频NR主要采用传统的数字波束成形，针对高频NR，既需要补偿路损，又需要合理的天线成本，因而NR引入“拟+数字”模的混合波束成形。NR下行支持最大32端口的天线配置，上行支持最大4端口的天线配置；在具体MIMO传输能力方面，下行单用户最大支持8流，最大支持12个正交多用户，上行单用户最大支持4流。与LTE定义了多种传输模式不同，NR目前定义了一种传输模式，即基于专用导频的预编码传输模式。此外，相比于LTE，5G新空口定义更多导频格式如front-loaded和支持高速移动的额外解调参考信号(demodulation reference signal,DMRS)以支持更多天线阵列模式和部署场景[8- 9]。

3 5G NR核心网架构

5G核心网标准包括新的总体架构和协议模型，针对移动宽带数据服务提供优化的用户接入、会话管理、服务质量、策略控制以及应用与网络交互能力等基础网络内容，还标准化了端到端网络切片、靠近无线网的边缘计算应用。

3.1 5G NR核心网架构与接口

为支持差异化的5G应用场景和云化部署方式，5G采用全新的基于服务化系统架构。系统架构中的元素被定义为一些由服务组成的网络功能，这些功能可以被部署在任何合适的地方，通过统一框架的接口为任何许可的网络功能提供服务。这种架构模式采用模块化、可重用性和自包含原则来构建网络功能，使得运营商部署网络时能充分利用最新的虚拟化和软件技术，以细粒度的方式更新网络的任一服务组件，或将不同的服务组件聚合起来构建服务切片。图6描述了在控制平面内使用基于服务的接口的非漫游参考架构，该架构体现了服务化架构的设计原则[13]。

图6 5G核心网系统架构

5G核心网中主要网络功能(network function，NF)的名称和主要功能如下。

1)接入和移动性管理功能(access and mobility management function，AMF)：主要提供网络接入控制、接入和移动性管理等功能，是网络附属存储(network attached storage，NAS)信令的终结点。5G AMF针对不同类型的用户终端提供终端能力参数、不同的移动性策略和模式，并以此为依据提供优化的连接管理和寻呼优化。

2)用户面功能(user plane function，UPF)：电源分配单元(power distribution unit，PDF)会话用户面相关功能，即连接接入网和外部数据网络(data network，DN)之间采用特定的封装传递用户数据报文，实现服务质量(quality of service，QoS)、监听、计费等方面的功能;UPF不但实现4G网络中服务网关(serving gateway，SGW)、分组数据网关(packet data gateway，PGW)中的用户面的各项功能外，还支持边缘计算等新特性所需的用户面功能。

3)会话管理功能(session management function，SMF)：电源分配单元(power distribution unit，PDU)，会话管理(建立、删除、修改等)、UPF选择、终端IP地址分配等；SMF实现了4G网络中SGW、PGW中的控制面的各项功能，5G支持的PDU会话类型包括IPv4、IPv6、以太网和无结构。

4)网络存储功能(network repository function，NRF)：实现服务的管理功能。NF启动时将自己提供的服务注册到NRF。当NF需要使用服务时，先查询NRF，即可发现提供该服务的NF信息。

5)统一数据管理功能(unified data management，UDM)：用户签约数据和鉴权数据的管理。

6)鉴权服务器功能(authentication server function，AUSF)：实现对用户的鉴权的相关功能，与安全锚点功能(security anchor function，SEAF)配合完成密钥相关的操作。

7)策略控制功能(policy gontrol function， PCF)：实现统一的策略和计费控制的节点，制定并下发策略给控制面NF、虚幻引擎(unreal engine，UE)。

8)网络开放功能(network exposure function，NEF)：实现将网络能够提供的业务和能力“暴露”给外部如第三方实体。

9)网络切片选择功能(network slice selection function，NSSF)：根据用户签约和UE上报的候选网络切片选择信息(single network slice selection assistance information，NSSAI)来为UE选择一个服务切片实例，并为UE指派提供服务的AMF集合。

10)应用功能(application function，AF)：与核心网交互，以提供业务(如IP多媒体系统,IP multimedia subsystem，IMS)的AF提供IMS话音呼叫服务。

11)策略控制与计费功能(policy charging function，PCF)：在5G系统进行了扩展，从4G单纯地针对业务数据流，扩展到覆盖用户接入移动性以及终端选路的策略控制。5G QoS质量模型细化到每一个5元组的粒度，且由用户面标签直接实现，无需额外信令，使不同的数据服务能够有效利用无线资源，以支持各种应用需求。

利用计算和存储相互分离的思想，5G核心网还引入了可选的网络功能(unstructured data storage function，UDSF)实现非结构化数据的存储，并为任意控制面的NF提供检索功能。例如，将AMF中UE上下文数据交由UDSF存储，其他的AMF也可以访问，并在必要时比如某AMF死机时接管这些用户数据。这种分离不但提升了网络的鲁棒性，还天然地支持NF的虚拟化部署，如运行在虚拟环境中的NF可以按需调增或调减计算能力。

3.2 空口高层协议设计与过程

5G NR的空口高层协议通过与物理层信号传输相配合，确保空口无线数据按序可靠传输，无线资源高效管理，实现网络控制与切换管理等重要功能的系统传输过程。NR的空口协议栈和过程基于LTE，并根据5G传输特点，有针对性地增加了相应功能。

如图7所示，NR的空口控制面协议栈采用了和LTE一样的架构[14]。

图7 NR空口用户面协议栈

控制面协议栈的核心协议层为无线资源控制(radio resource control，RRC)层，其功能大部分与LTE类似，比如支持系统信息、寻呼、接入控制、连接控制、安全、移动性管理、测量和网络附属存储(network attached attached storage，NAS)消息传输等。但在一些具体特性上，NR相比LTE有所增强。

NR的用户面协议栈相比LTE做了一定的增强。用户面协议栈自上至下包括服务数据适配协议(service data adaptation protocol，SDAP)，分组数据汇聚协议(packet data convergence protocol，PDCP)，无线链路层控制(radio link control，RLC)层协议和媒体存取控制位址(media access control address，MAC)4个协议层。

SDAP层是NR新引入的协议层，该协议层的引入是因为5G核心网相比4G核心网在QoS、管理和承载粒度方面有重大的变化，需要一个新的协议层来进行5G的核心网到NR空口之间的承载映射。在4G阶段，核心网的数据以演进分组系统(evolved packet system ，EPS)承载的粒度发送到基站，基站将在EPS承载和空口的无线承载之间维持简单的一对一关系;而5G核心网发送到基站的数据粒度为QoS流，基站需要将相同或者相近QoS需求的QoS流映射到一个无线承载上完成空口的传输。科学数据分析平台(science data analytics platform,SDAP)的主要功能是管理核心网QoS流与空口无线承载之间的映射关系，支持NAS：非接入层和接入层的反向映射功能，在数据包中携带QoS流标识信息，支持无损QoS流与空口无线承载之间的映射关系变更。

NR PDCP层继承了LTE PDC的基本功能，主要为数据传输提供头压缩和安全方面的操作。相比于4G LTE，NR PDCP新增对数据业务完整性保护的功能，支持数据重复传输和重复数据删除，支持重排序和乱序递交功能。

NR RLC层也是在LTE RLC的基础上发展而来的，同样支持TM、UM和AM等3种传输模式，为业务提供不同的传输可靠性保障。相比于LTE，NR RLC去掉了数据级联功能，RLC分段数据单元(segment data unit，SDU)和RLC PDU之间是一一对应的关系，主要为了满足在大数据处理时进行预处理的需求，并且将接收端的数据包重排序功能从RLC移到了PDCP，便于提升接收端处理效率。同时针对5G不同需求，对业务数据包和控制数据包格式进行了重新设计。

NR MAC层沿袭了LTE的基本特性，如对双连接(dual connectivity，DC)、载波聚合(carrier aggregation，CA)的支持，MAC层基本过程等。同时，NR MAC层针对5G引入的一些新特性以及高层和物理层的增强进行了针对性设计。MAC层支持的新特性包括:带宽部分(band width part，BWP)、光束故障恢复(beam failure recovery， BFR)、补充上行链路(supplementary uplink ,SUL)和PDCP复制等。MAC层过程仍包括随机接入、上行TA维护、调度传输、资源预分配、缓冲区状态报告(buffer status report，BSR)上报、功率余量报告(power headroom report ，PHR)上报和非连续接收(discontinu-ous reception，DRX)等，但每个过程针对NR特性各有增强。基于数据预处理的需求，MAC层对MAC PDU结构做了根本性变更，MAC PDU格式改为由多个MAC subPDU组成，每个MAC subPDU是一个独立的MAC子头和必要的负载的组合。

4 5G NR接入网架构与接口

针对5G网络的高吞吐量、低延迟的密集部署，5G NR采用了中心控制节点(central unit，CU)和分布节点(distributed unit，DU)相结合的部分分离架构形式，同时可以减少资本投入，降低维护成本。为了支持4G和5G网络的融合以及满足早期部署需求，还引入了LTE和5G NR的双连接。

4.1 5G NR核心网架构与接口

NR的接入网由gNB和ng-eNB两类节点组成，其中gNB是提供NR接入技术的基站，而ng-eNB是提供E-UTRA接入技术并连接到5G核心网的基站，这两类节点统称NG-RAN节点。NG-RAN节点和5G核心网通过NG接口进行连接，NG-RAN节点之间通过Xn接口进行连接，如图8所示[14]。

图8 5G系统核心整体架构

4.1.1 NG接口

NG接口分为用户面和控制面，类似LTE的S1接口，NG接口用户平面的传输网络层基于IP传输，UDP/IP协议之上采用GTP-U来传输核心网和接入网之间的用户平面分组数据单元(packet data unit，PDU)。NG接口控制平面与用户平面类似基于IP传输，不同的是控制平面在IP层的上面采用流控制传输协议(stream gontrol Transmission protocol，SCTP)，为无线网络控制层信令消息提供可靠的传输。NG接口的控制面和用户面协议栈如图9所示。NG控制面的主要功能包括NG接口管理、UE上下文管理、UE移动性管理、NAS消息传输、寻呼以及PDU会话管理等。用户面提供NG-RAN节点和5G核心网之间的用户数据传输功能。

图9 NG接口的用户面和控制面协议栈

4.1.2 Xn接口

Xn接口也分为用户面和控制面，其用户面协议结构和控制面协议结构与NG接口类似。Xn的用户面提供NG-RAN节点之间的用户数据传输功能。控制面主要提供Xn接口管理、UE移动性管理(包括切换和寻呼)以及双连接等功能。

4.2 接入网内部分离架构

为了支持灵活的网络部署方式及接入网络的虚拟化，5G NR引入了gNB-CU/gNB-DU分离的架构。其中，gNB-CU是中心控制节点，包括RRC和PDCP功能，gNB-DU是分布节点，包括RLC、MAC和物理层。通过CU/DU的架构，可以提升各节点间资源协调和传输协作能力，并通过将CU云化和虚拟化，可以提升网络资源的处理效率。如图10所示，为了进一步增强部署的灵活性和实现的便利性，可将gNB-CU的控制面和用户面部署在不同的位置，引入gNB-CU-CP/gNB-CU-UP分离(用户面和控制面分离)的架构。可以看出，一个gNB可由一个gNB-CU-CP和多gNB-CU-UP以及多个gNB-DU组成。gNB-CU-CP通过E1接口和gNB-CU-UP连接，gNB-DU通过F1接口和gNB-CU连接，其中F1-C终止在gNB-CU-CP，F1-U终止在gNB-CU-UP。

图10 gNB-CU-CP和gNB-CU-UP分离架构

E1接口主要支持接口管理和承载管理的功能，F1接口分为控制面和用户面。F1接口控制面提供接口管理、系统信息管理、UE上下文管理、寻呼及RRC消息传递等功能；F1接口用户面主要在gNB-DU和gNB-CU-UP之间提供数据传输，同时，F1用户面还支持数据传输的流控机制，以进行拥塞控制。

4.3 5G NR中LTE和NR双连接

未来5G应用频谱资源包含了更高频段，如6 GHz以上毫米波频段，同时考虑到4G与5G网络融合及更早推动5G网络部署等方面，3GPP标准支持LTE与NR联合组网的方式，即由LTE提供基本的覆盖和移动性支持，5G NRRAN节点辅助提供更高的容量，这种组网方式称为MR-dual gonnectivity(DC)(Multi-RAT)。如图11所示，MR-DC根据接入网连接的核心网类型以及主辅节点的类型进一步分为如下3种方式。

图11 5G NR中LTE和NR双连接

EN-DC:EN-DC指E-UTRAN/NR双连接，其中主节点是eNB，辅节点是en-gNB。接入网和演进分组核心(Evolved Packet Core，EPC)的控制面信令通过eNB和EPC交互，en-gNB和EPC之间只有用户面连接，没有控制面连接。

NGEN-DC:NGEN-DC指NG E-UTRAN/NR双连接，其中ng-eNB是主节点，gNB是辅节点，ng-eNB和核心网通过NG控制面连接。

NE-DC:NE-DC指NR/E-UTRAN双连接，其中gNB是主节点，提供和5G控制面信令连接，ng-eNB是辅节点。

在5G部署初期，连接到EPC，同时又能提供5G高速率服务的EN-DC的方式对现有网络影响小，是很多运营商在部署初期的选择.后续可演进为NE-DC和NGEN-DC方式，以提供完整的5G服务。

5 6G展望

从目前的时间表上来看，ITU从2020年开始收集6G愿景，3GPP将在2023年开展6G研究项目工作。ITU计划在2025年确定6G需求，3GPP在此基础上开展6G规范制定，2030年ITU将完成评估工作，3GPP开始商用推广，具体的关键指标如表2所示[16]。

表2 5G和6G关键指标对比

从目前的技术需求看来，6G网络将从5G的“万物互联”逐渐过渡到“智能互联”阶段，人工智能(artificial intelligence，AI)将广泛应用在频谱管理中，认知无线电与智能频谱共享以及智能动态频谱接入，在网络管理中也大量使用AI技术，无线资源调度、多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)波束管理以及网络切片等更加智能化，实现更低延迟、更可靠以及矢量化的网络管理。在网络边缘也有可能使用AI技术，实现边缘化网络决策[17]。

为了满足越来越高传输速率，6G未来的频谱将从现在毫米波频段扩展到THz频段甚至光频，例如全双工传输和轨道角动量技术等新的调制与传输技术将大量使用，现在的大规模MIMO技术也逐渐发展成全息MIMO技术。

未来超密集异构网络(ultra-dense heterogeneous network ，UDN)和天地一体化的通信将使6G网络逐渐“去蜂窝化”，网络拓扑结构越来越多样化[20]。

在应用方面，未来6G高速、高可靠性的传输会推动网络把虚拟现实(virtual reality，VR)、增强现实(augmented reality，AR)以及混合现实(mediated reality，MR)结合起来，形成更加丰富多彩的扩展现实(extended reality，XR)应用。6G将发展出全新的6D高精度定位技术，结合边缘计算将推动无人空中驾驶成为现实[16]。

随着网络不断复杂化，传输更加多样化，未来6G网络已经不可能使用现有5G网络中的安全技术，新的安全技术和安全管理方法将保障网络更加可靠的工作[21]。