文 |錢鴻生

編輯|星船知造

視覺設計：星船知造

5G時代已經(jīng)過半。從2019年5G啟航至今，中國扎實推進5G助力千行百業(yè)。目前屬于5G的時間還有至少5年。

中國數(shù)個萬億級產(chǎn)業(yè)的崛起都在5G技術的托舉下：《中國5G，這些萬億級產(chǎn)業(yè)都離不開5G》

另一邊，6G標準話語權的爭奪戰(zhàn)也已打響——今年美國、澳大利亞、加拿大、捷克、芬蘭、法國、日本、韓國、瑞典、英國10個國家發(fā)布聯(lián)合聲明，拉起“6G”聯(lián)盟，準備來個抱團式彎道超車。

同時多家歐美日韓科技企業(yè)，包括英偉達、亞馬遜網(wǎng)絡服務公司、ARM、愛立信、微軟、諾基亞、三星電子、軟銀等成立“AI-RAN聯(lián)盟”，要在6G研發(fā)領域搶占關鍵位置。

6G標準化仍處于早期研究階段，尚未形成全球統(tǒng)一的技術標準，但各國都已充分認識到了6G對于未來國家的技術與經(jīng)濟發(fā)展的重要性。上述各種動作目的之一就是把中國企業(yè)排除在外。

一場6G關鍵技術的研究、測試工作已經(jīng)全面拉開競爭序幕。

作為星船知造“現(xiàn)代通信與智能網(wǎng)技術展望”系列欄目的第三輯，我們邀請星船知造資深讀者、通信行業(yè)教授級高級工程師錢鴻生博士為我們撰寫了《第六代移動通信6G關鍵技術與發(fā)展前景的研究》。

白皮書正文共3.1萬字，從移動通信技術迭代發(fā)展的角度出發(fā)，分析第六代移動通信6G發(fā)展的內(nèi)生驅動力，全面分析6G移動通信的愿景目標、系統(tǒng)架構、主要性能參數(shù)和關鍵新技術突破的內(nèi)涵，分析未來6G移動通信網(wǎng)絡新的六大場景化應用領域，盤點我國科研人員近期在6G關鍵技術研究中的一些重大突破案例。最后就我國部署商用6G移動通信網(wǎng)絡的時間、6G資本市場的發(fā)展前景以及建立風險管控機制作了簡要的分析與研判。

目錄可左右滑動

我們節(jié)選出白皮書中部分內(nèi)容，本篇主要節(jié)選了第二章中的“第六代移動通信6G網(wǎng)絡架構設計”和“第六代移動通信6G關鍵技術介紹”中部分內(nèi)容。

下篇發(fā)布后將同步發(fā)布完整版白皮書。敬請期待！

01 第六代移動通信6G網(wǎng)絡架構設計

網(wǎng)絡架構設計是移動通信網(wǎng)絡的基礎和核心，它決定了整個移動通信系統(tǒng)的效率和技術支撐能力。

6G網(wǎng)絡架構設計將向邊緣網(wǎng)絡和天地一體化不斷延伸，滿足固定、移動、衛(wèi)星等多種連接方式的接入，實現(xiàn)空、天、地、海一體化通信的無縫連接與覆蓋。

2.3.1 第六代移動通信6G網(wǎng)絡架構理念

第六代移動通信6G的網(wǎng)絡架構設計，充分吸收以往5G網(wǎng)絡架構設計的成熟經(jīng)驗和理念，在新的6G 網(wǎng)絡架構中將適配的新業(yè)務需求，兼顧節(jié)能增效，并保持與現(xiàn)有5G網(wǎng)絡的兼容、協(xié)同與升級。

6G網(wǎng)絡架構設計的基本理念應考慮以下幾個方面

第一，多功能內(nèi)生協(xié)同融合。

6G網(wǎng)絡提供的服務將從原來單一的連接服務，擴展到智能、感知、計算、數(shù)據(jù)、安全保障等多方面，相關架構設計理念應體現(xiàn)內(nèi)生以大帶寬、低時延的連接功能為主，引入外掛方式滿足6G多樣的服務需求和適配復雜環(huán)境的需求。需要從網(wǎng)絡功能、接口、協(xié)議棧等多方面支持智能、算力、安全等內(nèi)生能力，協(xié)同6G新業(yè)務所需要的連接、數(shù)據(jù)、計算多維度資源，采用分布式的網(wǎng)絡服務形式，滿足用戶對6G融合業(yè)務的匹配能力和服務質量保障。

第二，提供多元化和差異化服務。

6G網(wǎng)絡的服務對象不僅僅是傳統(tǒng)的終端用戶，還包含使用網(wǎng)絡計算服務、數(shù)據(jù)服務、感知服務等多元化的對象用戶。因此6G應該提供多元化和差異化的網(wǎng)絡服務能力，降低網(wǎng)絡建設與運維成本。能為多元化的用戶提供不同的服務類型與服務保障的體系，滿足個性化的網(wǎng)絡需求。

第三，網(wǎng)絡從連接管道轉向平臺服務。

第六代移動通信6G網(wǎng)絡將從原有的提供連接管道服務，轉變成為多元化的平臺服務理念，面向網(wǎng)絡的參與者，如終端用戶、行業(yè)用戶和合作伙伴。開放基于統(tǒng)一平臺開放式的服務能力，以降低網(wǎng)絡定制成本，賦能多樣化、可編程等多樣化業(yè)務功能、具有計算功能等進行靈活編排，實現(xiàn)用戶與用戶、用戶與網(wǎng)絡之間的多邊能力資源的協(xié)同處理能力。

2.3.2 第六代移動通信6G系統(tǒng)性能指標

為了支持2030年及以后的移動通信應用場景的需要，6G網(wǎng)絡性能指標，通過引入新的技術方案、重構或優(yōu)化網(wǎng)絡架構、協(xié)議方案，可以取得比5G具有顯著的提升。對于系統(tǒng)帶寬、傳送速率、時延、頻譜效率、流量密度、系統(tǒng)安全可靠性和連接數(shù)等關鍵性能指標，與5G 相比可呈現(xiàn)數(shù)量級的增長，如下圖所示

未來 6G 網(wǎng)將具備比 5G 更高的性能參數(shù)指標，支持10到100Gbps 的用戶體驗速率，峰值速率可達1Tbps，每平方公里的終端密度可達1000萬以上，空口時延小于0.1ms，以上指標遠超5G ，某些性能參數(shù)在5G的基礎上將實現(xiàn)10至100 倍的提升。

但是，ITU-R在2023年11月發(fā)布的 《2030年及以后IMT未來發(fā)展的框架和總體目標》（M.2160-0）中提醒，目前對6G的能力指標參數(shù)的一些估計目標值，隨著后續(xù)標準的出臺，根據(jù)不可預見的應用環(huán)境與不同國家的研究會有一些參數(shù)上的變化，有些可能無法同時滿足。

02 第六代移動通信6G關鍵技術介紹

為了實現(xiàn)第六代移動通信新業(yè)務應用和超高要求的性能指標，6G需要在新型的系統(tǒng)架構的基礎之上，采用當代最前沿的科學技術成果與未來可期的新技術，使得6G系統(tǒng)能在更高的目標上實現(xiàn)其強大的功能演進，6G采用的關鍵技術大致可以涵蓋以下多個技術領域。

2.4.1 深度融合內(nèi)生智能的網(wǎng)絡架構

隨著人工智能技術的飛速發(fā)展，人工智能技術將內(nèi)生于未來6G移動通信系統(tǒng)的方方面面，不僅限于無線架構、無線數(shù)據(jù)、無線算法和無線應用等新的智能網(wǎng)絡技術體系，ITU-R在6G標準設計之初就考慮了AI技術的應用。

例如，內(nèi)生智能的新型空口模塊化的設計，可實現(xiàn)無線資源管理、避免干擾等多維度特性的深度挖掘，從而提升6G無線網(wǎng)絡的可靠性、實時性和安全性，保證6G網(wǎng)絡的自主安全運行。

6G移動通信網(wǎng)絡的智慧內(nèi)生是圍繞用戶和網(wǎng)絡需求，按需提供通信和網(wǎng)絡服務，從而最終實現(xiàn)網(wǎng)絡隨需而變。6G網(wǎng)絡將同時具備語義識別、分析、理解和推理的能力。使通信網(wǎng)絡從數(shù)據(jù)驅動向語義驅動轉變，為用戶提供更加高效、節(jié)能、智慧化的通信服務。

6G將借助內(nèi)生智能網(wǎng)絡，支持具有感知、通信和計算能力的無線基站和終端，實現(xiàn)智能分布式協(xié)同服務，提升整個網(wǎng)絡通信能力與算力。

2.4.2 極致MIMO多輸入輸出技術

MIMO多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Out-put），簡稱MIMO技術，其原理是在發(fā)射端和接收端，分別采用多個發(fā)射天線和接收天線，能夠區(qū)分發(fā)往或來自不同空中方位的無線信號，在不增加帶寬與發(fā)射功率的情況下，提高系統(tǒng)的覆蓋范圍、容量和信噪比，從而改善無線信號的傳送質量。提升天線系統(tǒng)容量、覆蓋范圍和信噪比、改善無線信號的傳送質量，滿足6G高速移動場景和全業(yè)務場景的接入需求。

2.4.3 帶內(nèi)全雙工技術應用

帶內(nèi)全雙工技術 (In-Band Full Duplex)，簡稱IBFD技術，采用帶內(nèi)全雙工技術，可以在相同的載波頻率上，同時發(fā)射和接收電磁波信號，實現(xiàn)傳輸資源更加靈活的配置，具有自干擾抑制，功耗低、天線小型化，有效提升系統(tǒng)頻譜的使用效率。

2.4.4 可重構智能超表面技術

可重構智能超表面技術（reconfigurable intelligent surface），簡稱RIS技術，正在被業(yè)界普遍認為是推動5G-Advanced和6G移動網(wǎng)絡演進的最有力的技術之一。

RIS技術的基本原理是通過數(shù)字編程來操控超材料的電磁特性，創(chuàng)造一個智能自適應的無線環(huán)境。與傳統(tǒng)材料相比，RIS 可利用電磁超材料特性，精確控制電磁波的寬度、方向和數(shù)量，實現(xiàn)信號的精準反射和透射?？蓱糜诟哳l覆蓋增強、克服局部盲點、提升扇區(qū)邊緣傳送速率、綠色通信、高精度定位等場景。

2.4.5 軌道角動量技術應用

軌道角動量（Orbital Angular Momentum,）簡稱OAM技術，可以通過多模態(tài)電磁波渦旋量子復用傳輸，在不依賴時間和頻率等資源的情況下，發(fā)送多個同軸數(shù)據(jù)流，提供了無線傳輸?shù)男聫陀眉夹g維度，適用于用戶和基站間的長距離傳輸，從而提升頻譜效率。

2.4.6 智能全息無線電技術

智能全息無線電（Intelligent Holographic Radio），簡稱IHR技術，智能全息無線電技術是利用電磁波的全息干涉原理，實現(xiàn)電磁空間的動態(tài)重構和動態(tài)精密調(diào)控，從而大幅度提升頻譜效率和網(wǎng)絡容量。可實現(xiàn)成像、定位和無線通信的深度融合，實現(xiàn)超高分辨率空間復用，滿足6G超高頻譜、超高流量密度、更低時延和超高容量需求?？梢詾槿f物互聯(lián)終端提供精確定位、無線終端遠距離快充等服務，為6G場景化應用提供強有力的技術支撐，是6G標準制定中的關鍵內(nèi)容之一。

2.4.7 太赫茲頻段通信技術的應用

如何在移動高速通信技術上，進一步地提高無線網(wǎng)絡的傳送速率是現(xiàn)階段全球移動通信領域最為重要的一個研究內(nèi)容。

太赫茲頻段超高速通信是一種新型的無線傳送方式，與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡不同的是它工作在太赫茲頻段，太赫茲（縮寫為THz），太赫茲頻段是指介于毫米波和紅外線之間的頻譜范圍，其頻率范圍在0.1THz至10THz之間，頻率一般為300-3000GHz范圍之內(nèi)。低于太赫茲的頻段稱作毫米波（mmW）是指頻率范圍是30GHz-300GHz的電磁波，毫米波是5G移動通信推薦的頻段。

太赫茲頻率分布圖如下所示

隨著移動通信的演進使用的頻譜也逐步擴大，從5G開始已經(jīng)擴展到了毫米波頻段，6G則將開始使用太赫茲頻段，但其中中頻段依然是實現(xiàn)廣域覆蓋最經(jīng)濟的方式。

如何開發(fā)使用太赫茲頻段有望成為 6G移動通信的關鍵技術之一，太赫茲頻段的頻段很寬，大部分頻段未被使用，能夠承載超高速數(shù)據(jù)的傳送，6G通信充分利用太赫茲頻段，能夠有效緩解有限的頻譜資源，緩解容量限制。

太赫茲頻段將充分發(fā)揮超大帶寬及超高速率的優(yōu)勢，支持6G海量設備的連接以及 Tbit/s 級別超高用戶數(shù)據(jù)的傳送。因此太赫茲頻段被視為實現(xiàn)6G 通信的重要備選空口技術，太赫茲波以其獨有技術優(yōu)勢，在高速短距離寬帶無線通信方面有廣闊的應用前景。將廣泛應用在全息通信、超大容量數(shù)據(jù)傳送和短距離超高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍爸?，特別在6G萬物互聯(lián)最后100米的終端連接中，太赫茲頻段通信將發(fā)揮重要的支撐作用。

2.4.8 分布式自治與數(shù)字孿生網(wǎng)絡

6G將具有超大網(wǎng)絡接入規(guī)模和豐富的網(wǎng)絡體驗功能，支持多樣化場景接入，實現(xiàn)面向廣闊的場景化應用領域。為此，需在原來5G網(wǎng)絡架構的基礎之上，開展包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)在內(nèi)全新的6G系統(tǒng)架構設計。

6G系統(tǒng)架構將向分布式、去中心化、自治化的網(wǎng)絡機制的方向發(fā)展，實現(xiàn)以用戶需求為中心的網(wǎng)絡控制和管理，采用深度邊緣智能節(jié)點靈活組網(wǎng)技術，支持以任務為中心的智能連接，具備自治、自演進能力的智能內(nèi)生網(wǎng)絡架構，構建一個更加包容的多模態(tài)信任模型。6G系統(tǒng)架構將大幅度減少系統(tǒng)內(nèi)部接口，系統(tǒng)架構將扁平化，具有高可靠、高吞吐量區(qū)塊鏈的架構設計，基于數(shù)字孿生的設計理念，6G通信架構將向更全面智能控制方向發(fā)展。

數(shù)字孿生技術已經(jīng)被引入了6G關鍵技術的研究對象，數(shù)字孿生技術將被應用到6G系統(tǒng)架構設計中，通過對物理網(wǎng)絡的虛擬表示，通過數(shù)據(jù)、模型和接口，對6G系統(tǒng)架構進行分析、診斷和控制，實現(xiàn)網(wǎng)絡優(yōu)化和智能網(wǎng)絡自治決策，利用數(shù)字孿生技術，實現(xiàn)信息交互與反饋控制。提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的有效利用和網(wǎng)絡的高效建模，滿足業(yè)務發(fā)展的需求。

2.4.9 全域覆蓋空天地一體網(wǎng)絡架構

國際電聯(lián)ITU已經(jīng)正式將空天地一體網(wǎng)絡架構作為6G的核心技術之一。

6G將全面實現(xiàn)地面移動通信網(wǎng)絡與不同軌道高度上的通信衛(wèi)星及不同高度飛行器雙向融合的移動通信網(wǎng)絡，利用天基、空基全覆蓋網(wǎng)絡實現(xiàn)偏遠地區(qū)、海上和空中靈活組網(wǎng)，構建起一個標準終端互聯(lián)、統(tǒng)一空口協(xié)議的空天地一體的網(wǎng)絡架構，用戶可以在任何地點、任何時間、以任何方式，實現(xiàn)通信與信息交換的服務。

空天地一體將構建一個統(tǒng)一的共享網(wǎng)絡基礎設施平臺，為不同安全等級的用戶提供差異化的網(wǎng)絡服務和安全保障?？仗斓匾惑w的網(wǎng)絡需要衛(wèi)星通信、移動通信、終端互聯(lián)、芯片制造等各種技術融合，技術難度極高，不但有極大地民用市場的需求，可以對地面蜂窩移動基礎設施覆蓋范圍進行有效補充，而且具有較高的軍事價值。

2.4.10 通信感知一體化技術應用

感知是人們與物理世界交互信息的重要過程，6G通信感知一體化技術廣義上是指：6G網(wǎng)絡應該具有感知一切服務對象與終端狀態(tài)的能力，狹義的感知是指6G移動通信網(wǎng)絡具備對目標準確識別、定位、測速、測距的能力。

國際電聯(lián)在2023年11月發(fā)布的“2030年及以后IMT未來發(fā)展的框架和總體目標”（ITU-R M.2160-0）中指出：“傳感和通信的集成，有望成為未來通信廣泛用例的關鍵推動因素。此外，感知物理環(huán)境和適當?shù)娜斯ぶ悄芸梢赃M一步增強態(tài)勢感知”。

通信感知一體化技術被認為是未來6G移動通信關鍵技術之一，該網(wǎng)絡應當具備空間感知、智能通信與泛在計算能力的網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡內(nèi)通、感、算三位一體的軟硬件資源協(xié)同共享，實現(xiàn)多維感知、協(xié)作通信。

通信感知一體化是構建物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要組成部分，它能夠為多個行業(yè)應用提供準確可靠的數(shù)據(jù)傳送和連接，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術的進一步發(fā)展和應用。

通信感知一體化技術涉及多種先進技術的融合，其中包括依賴先進的傳感器、先進的無線電通信、太赫茲、空天地一體化、高速數(shù)據(jù)傳送、高速數(shù)據(jù)處理、內(nèi)生AI、元宇宙、網(wǎng)絡安全保障等新技術，賦予6G系統(tǒng)超強的感知能力。

未來6G網(wǎng)絡將通過通信感知一體化技術，實現(xiàn)對目標的準確識別檢測、定位分析、成像處理等感知功能，通過6G感知功能獲取物聯(lián)網(wǎng)信息、環(huán)境信息，利用先進的模型與算法、邊緣計算和AI處理能力，生成超高分辨率的圖像，精確分配通信資源，挖掘潛在數(shù)據(jù)能力，增強用戶體驗。并助力完成實體數(shù)字虛擬化，催生出6G 場景化應用更廣闊的前景。

也可以通過6G的通信感知一體化技術，實現(xiàn)設備與人之間的協(xié)同運作，例如無接觸手勢操控、人身肢體動作識別等，能精確感知物體與監(jiān)控對象的運動狀態(tài)，實現(xiàn)6G在場景化應用中提供高度精確的實時感知能力。

2.4.11 多模態(tài)技術提升網(wǎng)絡安全

通信網(wǎng)絡是一個國家重要的基礎設施之一，6G網(wǎng)絡將在國民經(jīng)濟與國防建設中發(fā)揮重要的作用，其網(wǎng)絡的的安全性至關重要。

國際電聯(lián)在研究6G標準化的過程中，各國對未來6G的網(wǎng)絡安全提出了更高的要求，專家們對未來6G 網(wǎng)絡應該具備更加穩(wěn)定可靠的通信安全架構、采用多模態(tài)自適應的安全策略、智能可控的網(wǎng)絡安全決策、靈活的網(wǎng)絡安全擴展和安全開放協(xié)議，提出了明確的技術要求。

未來6G網(wǎng)絡將會向云端化和邊緣化的方向發(fā)展，6G網(wǎng)絡將為移動通信網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)等海量終端提供統(tǒng)一接入服務，形成廣泛的跨系統(tǒng)、跨生態(tài)圈、高速接入的服務模式，這時6G網(wǎng)絡安全體系將顯得尤為重要，需要采用多種先進的技術手段予以保證。

例如安全憑證、抗量子攻擊的非對稱密碼算法、網(wǎng)絡安全內(nèi)生主動免疫，基于可信任的網(wǎng)絡安全技術等，為6G網(wǎng)絡基礎設施提供軟硬件的主動免疫、彈性自治、虛實共生、泛在協(xié)同的安全防御功能。并能根據(jù)行業(yè)與用戶差異化的安全需求，實現(xiàn)安全能力的彈性部署，提升網(wǎng)絡韌性和網(wǎng)絡安全。通過端、邊、網(wǎng)、云四位一體的智能協(xié)同，準確感知整個網(wǎng)絡的安全態(tài)勢，讓6G網(wǎng)絡始終處于安全可控的運行狀態(tài)。通過人工智能AI助力網(wǎng)絡安全，降低網(wǎng)絡安全運營成本，構建起可測量、可演進的強大內(nèi)生安全防護體系。

基于大數(shù)據(jù)分析技術和深度學習算法模型，構建一個更加包容的多模態(tài)信任模型，能檢測和識別未知惡意軟件，自動追溯網(wǎng)絡攻擊源，實現(xiàn)網(wǎng)絡安全邊界自定義、跨域交叉認證、風險隔離、安全策略最優(yōu)化，提升整個6G網(wǎng)絡的安全能力。

總體而言，全球范圍內(nèi)6G 的研究仍處于起步階段，整體技術路線尚不明確，系統(tǒng)架構與性能指標都有待于后續(xù)研究的推進。

目前主要在6G愿景目標、應用場景、基本指標、潛在關鍵技術等方面的研究取得了一定進展，其中部分6G關鍵技術的研究成果，將在后續(xù)的5G-Advanced相關版本中得到應用和驗證，并為6G的標準化制定和應用積累成功經(jīng)驗。

主要參考文獻：

[1] ITU-R."Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2030 and beyond". June 2023.

[2] ITU-R，Overview timeline for IMT towards the year 2030 andbeyond".2022.

[3] 作者錢鴻生、編輯唐曉園.《華為之外，1998-2023芯片背后的持久戰(zhàn)》[J].上海.《星船知造》.2022年9月12日.

[4] 科技部網(wǎng)站.《我國正式啟動第六代移動通信技術研發(fā)工作》.2019年11月7日.

[5] 中國IMT-2030（6）推進組官網(wǎng).

[6] 中國電信研究院.《6G愿景與技術白皮書》.2022年12月.

[7] 中國移動集團公司.《中國移動6G網(wǎng)絡架構技術白皮書》.2022年12月.

[8] 中國移動集團公司.《2023年中國價值驅動6G發(fā)展白皮書》.2023年7月。

[9] 鄧彬、李韜 、湯斌等著《基于太赫茲雷達的聲致海面微動信號檢測》[J].雷達學報.2023年8月.第 1 2 卷 第 4 期.

[10] 國務院《十四五數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃的通知》（國發(fā)〔2021〕29號）.2021年12月12日.

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