从万物互联到万物智联

中国信息通信研究院 王志勤 杜 滢

1 5G开启万物互联

5G作为新一代信息通信技术领域的引领性技术，是赋能数字经济的关键底座。我国5G商用两年来，5G基站数量超过90万个，5G终端连接数超3.3亿，网络规模和连接数均超过全球70%，5G在文旅、工业、医疗、交通等领域应用探索活跃。虽然我国5G在一些重点领域已实现0到1的突破，但要实现大规模可复制，还面临许多挑战。5G消费领域的应用需要更丰富的VR/AR、超高清视频等加持。5G要为千行百业赋能、赋智和赋值，在加强与行业技术与知识结合的同时，也要增强5G技术产业能力。

5G技术的发展演进将提供更高的能力、不断拓展新的应用。5G定义的三大应用场景，在5G技术标准中逐步定义和完善。国际标准组织3GPP在2018年6月发布了5G第一版本R15标准,重点定义了增强宽带移动场景，2020年6月发布的R16版本完成了低时延高可靠场景，R17标准将在2022年6月完成，支持低功耗的中高速物联网。3GPP将R18及其之后的5G增强技术命名为5G-Advanced，开启了5G后半场技术新征程。

面向2030年人类社会将进入智能化时代。6G将服务于人、机、物，实现由万物互联到万物智联的跃迁。当前虽然国际电信联盟ITU启动了《6G技术趋势及远景研究》，但6G仍尚处于愿景阶段，实质的标准化工作将在2025年之后启动。

2 5G-Advanced演进为万物互联提供更强支撑

今年3GPP启动了5G-Advanced(简称5G-A)阶段R18标准的讨论，产业界对5G演进方向形成了一定的共识，提出了一些潜在的技术。总体来看，5G将提供更强能力、更丰富场景，向着更加绿色、更加智能和更加安全的方向发展。

2.1 更强能力：增强用户体验、行业支撑能力

5G标准演进持续增强网络性能，精细化满足行业需求。在宽带移动方面，通过多天线技术、灵活双工、毫米波灵活组网等提升频谱效率；基于5G的广播多播业务，面向XR、云游戏等网络容量和性能增强，提升业务能力。在面向垂直行业的精细化场景设计方面，针对更多垂直行业应用支持更多终端类型，如新物联网终端、低功耗定位终端和近零功率终端等；提供更多低时延高可靠及大连接物联网场景的增强，如与时间敏感网络TSN更紧密的结合等。

1)增强提升用户体验

XR和云游戏业务：XR和云游戏业务要求至少30-100Mb/s数据速率、20ms端到端低时延、高至99.99%的可靠性，此外，XR和云游戏业务包含多个数据流，不同数据流的QoS要求不同，且多个业务流间需协同配合。这需要采用网络编码方案等提升数据速率；通过识别XR业务中多个数据流的端到端QoS机制，增强网络对业务的感知；结合业务模型特点，优化调度和链路自适应方案等。

触觉和多模态通信服务：触觉和多模态通信服务是通过视频、音频、环境感知、触觉等影响用户体验的多种输入，结合超低时延、超高可靠性和安全性等网络能力，来实现真正的沉浸式用户体验。这一方面要求5G网络需满足不同数据流的不同网速、时延和可靠性需求，识别多形态业务的多数据流，另一方面，沉浸式业务需要更丰富的环境感知信息，这将触发如何利用5G网络实现感知能力的研究，实现5G通信和感知的融合，激发5G新业务活力。

2)加强行业支撑能力

高精度定位：5G大带宽和大规模天线设计能提供更高精度的定位能力，实现亚米级高精度定位。对于通用的商业应用，实现1米的定位精度，对于垂直应用实现0.2米的定位精度。在5G低时延系统框架下，R17标准通过按需发送的定位导频信号的方案，将定位时延从秒级降低到毫秒级。在5G-A中，有望通过聚合不连续带宽，进一步提高定位精度；针对5G中高速物联网终端，进一步优化窄带宽定位性能，实现低功耗定位能力；针对车联网场景，研究基于终端直通链路的参考信号测量进行终端定位等。

无线上行容量增强等技术：智慧工厂、视频监控、高清视频等应用，对上行数据传输要求高，但网络的天线配置、TDD时隙配置多侧重于下行，5G-A将在上行引入更高调制能力，上行数据解调参考信号的增强，更灵活的载波分配和配置等。此外，在5G框架下引入一些新技术，如在一定条件下引入全双工技术，提高系统容量。增强毫米波覆盖、毫米波波束管理等方向。

2.2 更丰富场景：天地一体综合解决方案

随着5G的规模部署，探索新的5G应用场景，可服务于更多业务和行业。

非地面通信：卫星通信与5G网络融合是构建海陆空天地一体化综合通信网的解决方案。为支持更广泛覆盖、更密集的设备连接、更多样的服务类型，从卫星用透传方式转发5G网络信号的通信方式，将逐步研究支持卫星非透明传输的场景，在卫星上做部分或全部的基站协议处理等。

无人机通信：研究解决成群的无人机在网络中通信的路径管理、干扰管理等问题，拓展无人机的应用模式，满足业务的可靠性、时延特性、安全性等多样化需求。感知探测、无人机身份和场景识别、移动性管理、功率控制等技术的应用和优化有望促进无人机的发展。

终端直通链路：终端与终端之间的直通链路通信在车联网开始应用，为增强直通链路的传输速率、可靠性、定位精度、通信距离等，多跳中继、载波聚合、免授权、高频通信等成为演进方向。

2.3 更加绿色：智能化、新模式降低能耗

当前5G发展中能耗问题凸显，5G技术标准一直努力降低5G能耗，包含网络侧节能和终端侧节能。

1)网络节能。移动通信网络的功耗主要来自于基站，特别是基站的有源天线单元AAU，由于5G基站更高频点、百兆带宽、大规模天线配置，其功耗高于4G基站。网络节能将研究更灵活和动态的网络节能方案，如在无数据传输时，进一步延长常驻信号的发送周期，或优化常驻信号设计；在低数据负载时，关闭一些射频链路，并考虑利用人工智能的预测能力，实现智能的网络节能。

2)近零功耗终端。近零功耗(Almost Zero Power，AZP)在物联网应用场景下成为热点。采用近零功率设计，在待机条件下终端依赖少量能量只侦听唤醒信号，在需要工作时才唤醒主要通信模块。

2.4 更加智能：5G与人工智能融合

与人工智能(AI)技术的融合是5G重要演进方向。从理论上看，利用AI技术，可以在无线通信传统的时域、频域和空域维度外，开启一个智能维度。通过对大数据、算力和AI技术等基本因素的合理利用，进一步提升5G系统性能。5G与AI结合是利用人工智能技术增强无线侧和网络侧功能和性能，网络也能够更高效地支持人工智能的应用。

5G与AI融合逐步从网络采用AI技术发展到无线接口。网络架构、网络管理及基于AI的边缘计算、网络切片等是当前研究热点。基于AI的物理层增强成为R18的重点研究方向。采用AI技术，多项物理层基础技术有望得到性能提升，比较典型的有基于AI的信道信息反馈，基于AI的参考信号解调、信道预测、波束管理等。5G与AI结合中相关用例的数据集、算法、模型、仿真验证方法研究还需要探索与积累。

2.5 更加安全：构建内生安全体系架构

移动通信网络正进一步朝着“全维、全域”发展，网络的智能化、边缘化、开放化助力数字世界与物理世界深度融合。随着网络边界模糊化、业务复杂化加剧，为了适应新业务、新架构、新技术及安全形势的变化，5G-A网络安全将打破传统的分立、静态、外挂式的安全机制，向着“自驱动、自适应、自演进”的智能防御体系和弹性内生安全架构演进。网络在确保提供高可靠通信能力、高可用服务能力的同时，还将提供可扩展架构、差异化安全能力、安全弹性伸缩、动态部署与配置等高可信安全能力，实现通信、服务、安全一体化共生演进与全面发展。

提供更高的安全能力主要有以下三个方案。一是安全可信增强。异构融合网络的集中式、去中心化和第三方信任模式(如零信任安全)并存的多模信任架构将从根源上解决当前中心化网络架构面临的安全可信问题，增强安全可信基础。二是网络韧性提升。基于大数据分析技术和深度学习算法模型对网络数据、业务数据、用户数据等多维数据感知学习，根据用户和垂直应用的安全需求实现动态编排、弹性部署等安全能力，大大提升网络效能、灵活性和安全韧性。三是协同防御加强。通过建立端、边、网、云智能主体间的泛在交互和协同机制，准确感知网络安全态势并预测潜在风险，助力安全策略最优集自适应生成与执行，实现主动纵深安全防御和安全风险自动处置，强化跨网络、跨层、跨边界的协作式安全防护能力。

3 6G将助力人类实现万物智联

随着5G的商用，全球开启了下一代移动通信(6G)的探索研究。面向2030年及未来，人类社会将进入智能化时代，社会服务均衡化、高端化，社会治理科学化、精准化，社会发展绿色化、节能化将成为未来社会的发展趋势。6G在5G基础上，将从服务于人、人与物，进一步拓展到支撑智能体的高效互联，将实现由万物互联到万物智联的跃迁，成为联接真实物理世界与虚拟数字世界的纽带，将持续提升人们的生活品质，促进社会生产方式的转型升级，并且为人类社会可持续发展的终极目标做出贡献，最终将助力人类社会实现“万物智联、数字孪生”的美好愿景。

我国IMT-2030(6G)推进组在6月份正式发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，提出了业界广泛关注的6G十大潜在关键技术方向，包括了内生智能的新空口和新型网络架构，增强型无线空口技术、新物理维度无线传输技术、新型频谱使用技术、通信感知一体化技术等新型无线技术，分布式网络架构、算力感知网络、确定性网络、星地一体融合组网、网络内生安全等新型网络技术。这些技术方向与当前5G-A演进的方向比较一致，例如内生智能、通信感知融合、内生安全等。6G将致力于在全新的技术架构体系实现新理念，而5G-A技术将在5G基础架构下进行增强。尽早在5G-A阶段引入这些新技术研究与应用，将提升5G的性能、拓展应用范围，也为6G的发展奠定坚实的基础。

5G的成功商用是6G发展的前提。希望5G-A技术不断创新演进，加快万物互联向万物智联的发展，成为我国数字经济繁荣发展的强劲动力。