6G 趋向：时空信息全球无缝、智能泛在发展

◎ 陈阳

通信是信息技术和产业发展的“高速路”。移动通信技术推动着信息技术产业的快速发展，改善了人们的生活水平，促进了社会的发展和繁荣。时下，随着5G 的部署和商用，其已在矿山、工厂、医疗、教育、交通等领域得到初步应用落地。时空信息也在与5G 融合发展中，朝着智能和泛在的方向迈进。

● 邢建平向中国工程院刘经南院士（左一）、中国卫星导航定位协会首席专家曹冲教授（右一）展示北斗新时空精准应用实训平台

中国工程院院士张平曾表示：“4G 使通信触达能力达到空前的高度，远隔万水千山也可通过无线网络连接。5G 将人与人的通信扩大至人与物的通信、物与物的通信、机器与机器的通信，把万物都赋有一定的通信功能，并且可以依据数据做出决策。5G 是人机物互联，是人类社会空间、信息空间及物理空间的交互过程，5G 从这个维度上改变了社会。”

4G 改变生活、5G 改变社会，那么6G 会改变什么？移动通信领域的发展节奏历来是“使用一代，建设一代，研发一代”，自5G 落地应用以来，世界各国纷纷开始对下一代移动通信（6G）探索研究。

在日前召开的第31 届中国国际信息通信展览会上，工业和信息化部部长金壮龙表示，工业和信息化部将加快新兴产业培育，抢占未来新优势，持续增强移动通信、光通信等领域全产业链优势，巩固优势产业领先地位，前瞻布局下一代互联网等前沿领域，全面推进6G技术研发。

山东大学微电子学院特聘教授、创新创业学院执行院长邢建平认为，5G 高速率、低时延、宽连接等特点有效增强和拓展了时空信息技术的应用能力和范围，诸如工业互联网、车联网等融合应用已经落地。在可预见的未来，随着5G的不断普及应用和建设优化，尤其是未来6G 的建设落地，智能化、融合化的趋势将进一步加强，有望实现定位、导航、授时服务的全球无缝和智能泛在。

增强和拓展 5G赋能时空信息

邢建平一直从事北斗导航、通信网络、车联网等方向的应用技术研究，目前承担着北斗星动能国家重点研发课题。他告诉记者，5G是实现人机物互联的网络基础设施，从多个维度全面赋能时空信息融合应用。

首先，与4G 网络相比，5G具有更大的传输容量、更高的传输速率，5G 网络下载速度可达到1Gbps～10Gbps；而4G 网络的下载速度通常在10Mbps～100Mbps。因此，在同样的时间内，5G 网络能够传输数据量更大、种类更丰富的信息。

在4G 网络时代，导航定位服务主要是在人与人之间，所需要传输的数据量较小和数据种类相对单一，但5G 时代，定位导航需求从人与人、人与物拓展至物与物之间，定位导航信息不再是单向传输，而是双向同步，且定位导航服务所需求的数据种类也不再是传统的二维地图信息，甚至3D 地图数据、视频传感器数据等，这就对通信网络的传输能力提出了新的要求。5G恰恰呼应和满足了这一需求，这就使得自动驾驶、车联网以及工业互联网等应用场景得以在5G 时代逐渐落地。

其次，5G 高可靠低时延通信（URLLC）可使关键基础设施和计算机之间的往返延迟小于1 毫秒，在具体业务应用场景下可达到10 毫秒以下的端到端时延。毫秒级的时延对于工业自动化和自动驾驶领域可以说至关重要。

以自动驾驶为例，无人驾驶时，高精度地图需要具备辅助完成高精度的定位功能、道路级和车道级的规划能力，以及车道级的引导能力，并且需要实时更新。摄像头、传感器等采集到的信息将会通过通信手段在云端做交互，使地图更加智能，通行效率也更高。

此外，5G 网络对于导航定位服务具有明显的增强和优化功能。我国的北斗卫星导航系统比较好地解决了室外空间的可靠定位需求，但在城市峡谷、室内空间等复杂环境下，导航信号无法实现有效覆盖和可靠服务，而基于5G 通信网络的信号增强和高精度定位技术则有效地弥补了导航信号在城市空间和室内定位的“服务盲区”。不仅如此，基于5G 通信网络，还能够有效增强导航定位精度，实现城市空间动态厘米级、静态毫米级的导航定位精度。

当然，5G 并不是万能的，目前，5G 也在不断建设优化，并向下一代移动通信（6G）演进。5G 的通信服务仍然受限于地面基站，在人口分布稀疏的地区及戈壁、山区等特定环境下，5G 信号不能覆盖，其应用服务场景自然也就受限。

更值得关注的是，低空、海域等环境是目前通信和导航服务共同的薄弱环节，这也是6G 和新一代国家综合时空体系需要解决的重点和难点问题。邢建平提到，2022 年，他带领团队，在距离海岸30 多千米的地区，尝试将通信和定位导航技术融合应用于海洋牧场的运营管理，取得了较好的效果，但这也仅限于近海区域，在远海区域的通信和导航定位服务仍有待突破。

“ 特别值得一提，或者说需要重点聚焦的是5G 专网的建设和应用。”邢建平认为，与4G 不同，5G 除了更高的速度之外，还有超可靠低延迟通信、大规模机器通信的特性。此外，5G 还具有以前不存在的巨大优势，称为网络切片。

网络切片是创建虚拟独立网络的功能，在逻辑上实现单个物理网络分开。因此，5G 非常适合通过单个网络为具有不同通信属性的企业或部门的每个应用场景（如应急救援、车联网、工业互联网等）创建多个专用网络。

在第31 届中国国际信息通信展览会上，相关部门负责人也表示将加快5G 行业虚拟专网建设，深入实施5G 应用“扬帆”行动，进一步丰富拓展5G 应用场景，深化工业互联网融合，完善工业互联网技术体系、标准体系、应用体系，打造一批5G 工厂，大力推进制造业智能化、绿色化、融合化。

全球无缝与智能泛在6G时代的PNT服务

我们常说，5G 开启的是一个万物互联的新时代，但受限于网络覆盖、运营成本、传输能力等多种因素，目前，5G 网络仍无法实现理想状态下的全球无缝与万物互联，而未来的6G 将有望弥补5G 的不足，从而满足更高难度和更多样化的需求。

邢建平介绍，6G 网络将是一个地面无线与低轨卫星通信集成的天地融合一体化网络，通过将卫星通信整合到6G 移动通信，实现全球无缝覆盖、世界互联、万物智联。低轨卫星通信能够有效摆脱对地面基站的依赖，基于通导融合、通感融合，PNT（定位、导航、授时）服务也将实现全球无缝覆盖，此前诸如高山密林、城市峡谷、室内空间、远洋海域等PNT服务的 “盲区”，都有望得到填补。

●邢建平指导学生国际创新创业大赛iCAN 竞赛创新项目

“ PNT 需求与通信技术是紧密相关的，定位、导航、授时需求往往是确定主体与参照物的时空关系，而这个参照物可以是人也可以是物，这就必然涉及人与人、人与物的信息互动，所以PNT 服务过程中必须有通信的参与。通导融合也不是5G 时代出现的新概念，而是PNT 服务的必然要求，随着5G 时代乃至未来6G 时代的到来，通信与PNT 服务的融合将进一步加深，从而衍生出更多的智能化应用场景。”邢建平说道。

不仅如此，据《6G 典型场景和关键能力》白皮书介绍，从6G关键能力看，6G 的主要无线性能指标将在原有5G 的基础上实现十至百倍提升，引入智能服务效率、感知精度、全域覆盖能力等全新性能指标，融合通信、计算、感知等能力支持各类智能化服务。

例如，6G 的网络速率将从5G的1Gbps～10Gbps 提升至Tbps 量级，能够有效满足高级别自动驾驶（无人驾驶）、数字孪生、元宇宙、万物互联等新兴业务场景的超高速率传输需求。

邢建平特别提到，从6G 系统设计角度看，6G 新技术根据功能特性和定位可分类为无线通信、无线网络、功能与架构和系统组网四大方向。其中，无线通信定位在点对点通信，目标是提升频谱效率、峰值速率和接入用户数。无线网络定位在多点对多点组网，目标是支持多频段多制式、拓展微域和盲区覆盖能力和网络感知能力。功能与架构定位在信息通信网络架构理论体系，通过平台化、结构化、服务化、内生设计等技术手段，实现网络至简和结构熵减，以及与5G 的平滑代际演进和前后双向兼容。

面向全场景，融合全要素，实现全领域的资源和能力贯通，实现信息流的全过程服务。系统组网定位在贯通物理和数字空间，在系统层面实现自生长、自优化、自演进。向集中+分布协同转变，按需扩展，即插即用，实现柔性网络组织。端到端系统节能，提升能源和资源利用率。网业融合，实现能力内化与开放共生。

因此，可以预见6G 和时空信息融合应用将实现普适化、可配置，从而走向大众，实现真正意义上的智能泛在和万物智联，那时，时空信息融合应用将像“自来水”一样，即取即用，用户属性也将从专业人员扩充至普通大众，用户量级将实现指数式增长。

此外，6G 在互联网资源以及安全性、可靠性等指标上将进一步提升，真正意义上可信赖、可追溯、可计算的高效移动网络将变为现实，这也将为时空智能的泛在应用提供坚实的网络基础。

当然，6G 愿景未必会在短期内实现，有专家预计，我国有望在2030 年前后实现6G 的大规模商用。无独有偶，今年3 月份，中国卫星导航系统办公室称，2035 年前建成以下一代北斗系统为核心，更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合时空体系，提供基准统一、覆盖无缝、安全可信、便捷高效的定位导航授时服务，为未来智能化、无人化发展提供核心支撑。

6G 将是一个端到端的信息处理与服务系统，其核心功能将从信息传递扩展到信息采集、信息计算与信息应用，提供更强的通信、计算、感知、智能和安全等多维内生能力。这与新一代国家综合时空体系中“更加泛在、更加融合、更加智能”的要求不谋而合。

6G 是一个需求驱动、泛在融合的通信系统，新一代国家综合时空体系也并不是北斗的“独角戏”，而是融合多种定位、导航、授时技术手段的综合时空体系。双方在感知、计算、智能和安全等多方面有着优势互补、互相赋能的需求，这就决定了6G 和新一代国家综合时空体系将在发展中走向深度融合。

从天空地海到虚实共生6G+时空信息值得畅想

6G 和时空信息的深度融合与双向赋能是技术发展的内在需求和必然趋势，而双方深度融合有望构建出的天空地海一体化时空信息感知网络能够在应用市场激起多么大的涟漪呢？邢建平表示，这取决于需求市场的想象力。

6G +时空信息所构建的天空地海时空信息感知网络，将通信、时空信息的应用“疆域”拓展到了全球全域。比如，在低空领域，随着通信和PNT 服务的全覆盖，人类的生产生活可能会向低空扩张，可以预见，未来低空智慧交通、智慧物流有望像地面交通、物流一样成为日常生产生活的一部分。

远洋海域目前是通信和PNT 服务的薄弱环节，也是人类生产生活相对较少的区域，而6G 和时空信息的覆盖，也将助推人类生产生活足迹向远洋区域迈进。不仅如此，目前，在现有通信和PNT 服务体系下，高山密林、远洋海域等复杂环境下充满不确定性的应急救援工作，也将变得更加简单和高效。

6G 时代的突出特点可能就是智能和泛在，而且智能和泛在不仅存在于物理世界，还将延伸到虚拟世界。邢建平认为，数字孪生以及元宇宙是6G 时代一个可期待的重要愿景。通过数字孪生将形成“双世界架构”，即真实的物理世界和虚拟世界，两者的需求相对应，实现真实世界在虚拟世界的映射。

甚至，数字孪生可能不止于外部世界，还能延伸至人体，在虚拟世界中对人类的各种差异化特征进行数字化抽象与表达，并建立每个用户的全方位立体化模拟，实现人体的数字孪生，从而实现更具想象的人机互联、万物智联。

6G 改变世界可能是多维度、深层次的改变，诸如精准医疗、全息通信、元宇宙等颇具科幻色彩的场景，都可能在6G 时代逐一实现。“想象和愿景是驱动技术创新发展的重要动力，因此，愿景不妨看得更远一点，然后再回到现实，逐一去突破技术难点。”邢建平认为，目前6G 尚处于前期探索和研发阶段，但仍然应该去前瞻思考和布局。

6G 通信网络强连接、强算力、强智能、强安全“四强”能力特征更加显著。比如，6G 时代算力至少是5G 时代的100 倍，带宽等技术指标能够达到10～100倍的提升。这些都对算力提出了更高的要求，因此，在算力网络建设和高精芯片攻关上提前部署，是很有必要的。

此外，相关标准的研究和探讨也应该先行部署，包括6G 通信相关标准和可能衍生的主要应用领域的标准和规范，诸如车联网、物联网、低空交通物流等领域的标准和规范，都应该提前部署，为6G 应用的全面落地铺好道路。

● 邢建平主持的项目荣获2019 年度卫星导航定位科技进步奖一等奖

6G 时代，人机互联、万物智联的深度和广度将进一步加深，必然涉及多行业领域的数据资源流通与共享。就目前数据现状来说，数据资源的流动和共享是一个“老大难”问题，也是制约数字经济发展的一个重要因素。如何在保证国家关键数据安全的前提下，做到多行业数据资源共建共享，让数据资源像水资源一样流动起来，激活市场应用潜力，是值得当下及未来深入思考和建设优化的重要方面。

在通信技术方面，无线蜂窝大规模天线、太赫兹、动态频谱共享、通信感知一体化等技术方向也都是6G 发展的关键技术，也值得提前关注和部署。

“ 6G 的愿景很美好，但我们至少需要跨越十余年的光阴去追寻。目前，5G 技术及其融合应用尚有许多空间有待挖掘和建设，远没有达到完美的地步，还需要持续探索和演进。我们对于6G 的需求畅想、技术探索，以及标准化、产业化研究将是一个漫长的过程，但作为科技工作者必须走上赛道，向前寻觅。”邢建平如是说。