今年的政府工作報(bào)告明確提出“培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未來產(chǎn)業(yè)”，這是6G首次在國(guó)家層面的政府工作報(bào)告中被提及，標(biāo)志著6G正式成為國(guó)家戰(zhàn)略布局的重要組成部分。和5G相比，6G有何不同？6G的應(yīng)用有哪些？

6G愿景

不同于之前 1G 到 5G 的線性發(fā)展思路，6G 將采用一種立體的發(fā)展思路，是從“線”到“面”再到“體”的一個(gè)拓展。與 5G 相比，6G 不僅僅是某個(gè)維度或某個(gè)平面能力的提升，而將是從信息速度、信息廣度和信息深度上的綜合提升，其中最核心的內(nèi)容是用戶智能需求將被進(jìn)一步挖掘和實(shí)現(xiàn)。因此，在人—機(jī)—物通信之外，引入了信息通信的第四維元素—“靈”（Genie）。

對(duì) 6G“靈”的理解闡述如下。

● 6G 時(shí)代的用戶將身處信息量呈幾何級(jí)數(shù)爆炸增長(zhǎng)的環(huán)境中。為保持稀缺的注意力資源的最優(yōu)運(yùn)用，我們認(rèn)為信息交互的主體將從“人—機(jī)—物”演進(jìn)到“人—機(jī)—物—靈”?！办`”出于虛擬空間中“意識(shí)”（Consciousness）的演進(jìn)設(shè)想，是用戶及環(huán)境的智能性主體化，具備智能代理的功能，通過與“人—機(jī)—物”智能協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶所處信息融合空間的感知、反應(yīng)、決策、優(yōu)化乃至改造；基于泛在的不可見性，用戶專注于任務(wù)本身時(shí)所需的情景感知、定向、決策、控制的多層次信息處理環(huán)嵌入周邊環(huán)境，使得通信、計(jì)算和控制將以信息交換、處理、施效為本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)在虛實(shí)融合空間的泛在通信化。更進(jìn)一步地，“靈”與“人—機(jī)—物”的通信將達(dá)到“編譯”以及與“周邊”交互和智能協(xié)同的功能。引入“人—機(jī)—物—靈”的通信元素來有序構(gòu)建和諧通達(dá)的智慧環(huán)境，并始終以最佳體驗(yàn)方式提供“看不見”的智能服務(wù)。

● 除通信技術(shù)自身的高速發(fā)展外，其與社會(huì)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、控制科學(xué)、材料科學(xué)等的深度融合，將為“人—機(jī)—物—靈”之間的智能交互信息、信息的處理模式和對(duì)信物融合空間的施效途徑引入更多的維度，回歸至“一切皆為計(jì)算和皆可計(jì)算”的哲思維度?！办`”及環(huán)境的智慧化將對(duì)人—機(jī)混合體和人—機(jī)多智體的感覺、直覺、情感、意念、理性、感性、探索、學(xué)習(xí)、合作、群體行為等進(jìn)行編解碼、交互共享、計(jì)算及控制的擴(kuò)展、混合和編譯?！办`”不僅是自動(dòng)閉環(huán)的智能代理，也使用戶專注于任務(wù)，并在與智慧周邊協(xié)作的過程中產(chǎn)生互教互學(xué)的效應(yīng)，從而帶來有序和平靜。

6G典型應(yīng)用展望

精準(zhǔn)工業(yè)控制

業(yè)務(wù)需求

伴隨中國(guó)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)等國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略的落地，未來 15 年以工業(yè)制造為代表的實(shí)業(yè)將成為我國(guó)的重要產(chǎn)業(yè)。預(yù)計(jì) 2030 年智慧工廠將在中國(guó)全面落地，新一代智能工廠的核心之一即精準(zhǔn)工業(yè)控制，“精準(zhǔn)”意味著機(jī)器作業(yè)具有確定性與實(shí)時(shí)性，同時(shí)也需要大量采集信息的支撐。數(shù)字化機(jī)床、高速智能機(jī)器人、高精度機(jī)械臂、超清晰工業(yè)相機(jī)等在智能工廠將被大量部署應(yīng)用，6G 將成為這些工業(yè)控制終端實(shí)現(xiàn)敏捷與確定性通信的手段。

場(chǎng)景展望

未來精準(zhǔn)工業(yè)控制應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)在于控制信息能否精準(zhǔn)可靠地到達(dá)作業(yè)終端，以及生產(chǎn)信息能否實(shí)時(shí)在線處理。例如，在全自動(dòng)化生產(chǎn)線上，海量機(jī)械臂與監(jiān)控機(jī)器人進(jìn)行精密化的生產(chǎn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)汽車制造、精密零件制造、3D 掃描等應(yīng)用，此時(shí)自動(dòng)化機(jī)械裝置接收的控制信息應(yīng)具有超高可靠性和超低時(shí)延，即可能 10 億個(gè)傳輸位中只有一個(gè)錯(cuò)誤位，同時(shí)還需具有 0.1ms 的時(shí)延與 10μs 的抖動(dòng)，裝置與裝置之間需保證在 1μs 內(nèi)的高精度設(shè)備間同步。只有 6G 無線網(wǎng)絡(luò)才能在非有線環(huán)境中滿足上述需求，保障精準(zhǔn)作業(yè)，輔助智賦生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。精準(zhǔn)工業(yè)制造示例如圖 1 所示。

另外，未來工業(yè)控制基礎(chǔ)核心是擁有完善的賽博物理系統(tǒng)（CPS），豐富的信息采集能力是 CPS的前提，亦是建立數(shù)字孿生工廠的基礎(chǔ)。例如，工廠里的工業(yè)機(jī)器，視覺（所配備的相機(jī)）分辨率和可見光波段會(huì)遠(yuǎn)高于人眼；聽覺（麥克風(fēng)）頻率范圍會(huì)大大超過人耳；同時(shí)，從感知環(huán)境到做出判斷和行動(dòng)的反應(yīng)速度也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于人體。使用帶寬和時(shí)延遠(yuǎn)優(yōu)于 5G 網(wǎng)絡(luò)的 6G 技術(shù)，將滿足所有這些機(jī)器設(shè)備對(duì)感知信息的采集、傳輸、統(tǒng)合及分布式計(jì)算的需求?；?6G 信息采集的 CPS 數(shù)字孿生構(gòu)建示意如圖 2 所示。

汽車自動(dòng)駕駛

業(yè)務(wù)需求

自動(dòng)駕駛指依靠人工智能、視覺計(jì)算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)等協(xié)同合作，讓計(jì)算機(jī)可以在沒有人類主動(dòng)操作的情況下，自動(dòng)安全地操作機(jī)動(dòng)車輛。自動(dòng)駕駛技術(shù)主要分為單車智能和車路協(xié)同。單車智能通過在車身上安裝傳感器、雷達(dá)、攝像頭、GPS、聲吶等來感知環(huán)境與獲取信息，并通過車內(nèi)智能 AI 計(jì)算對(duì)這些信息進(jìn)行加工并做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的自動(dòng)操控。車路協(xié)同是采用先進(jìn)的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，全方位實(shí)施車車、車路動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息交互，并在全時(shí)空動(dòng)態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上開展車輛主動(dòng)安全控制和道路協(xié)同管理，充分實(shí)現(xiàn)人車路的有效協(xié)同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)。

根據(jù)《汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)駕駛分為 5 級(jí)，分別是 L1：駕駛輔助（可解放腳）；L2：部分自動(dòng)駕駛（可解放手）；L3：有條件自動(dòng)駕駛（可解放眼）；L4：高度自動(dòng)駕駛（可解放腦）；L5：完全自動(dòng)駕駛（可無人駕駛），如圖 3 所示。

目前階段的自動(dòng)駕駛大部分還處于駕駛輔助階段和部分自動(dòng)駕駛階段，即 L1 和 L2 級(jí)，個(gè)別車輛達(dá)到了 L3 級(jí)。但在一些實(shí)際應(yīng)用與測(cè)試表現(xiàn)中，當(dāng)天氣惡劣或傳感器異常時(shí)，單車智能系統(tǒng)時(shí)常探測(cè)不到路上的人和障礙物。

6G 系統(tǒng)將支持可靠的車與萬物（Vehicle to Everthing，V2X）相連以及車與服務(wù)器（Vehicle to Server，V2S）之間的連接，增加車輛感知信息維度與數(shù)量，拉近車輛與更高性能云端之間的“距離”，從而促進(jìn)高度自動(dòng)駕駛汽車或無人駕駛汽車的規(guī)模部署和應(yīng)用。據(jù)德根哈特預(yù)計(jì)，2030 年以后，L4 級(jí)的自動(dòng)駕駛會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)，其中 6G 被認(rèn)為是賦能網(wǎng)聯(lián)汽車的核心支撐技術(shù)。

場(chǎng)景展望

對(duì)于符合 L4 級(jí)的汽車從 Demo 測(cè)試進(jìn)入公開道路測(cè)試再到商業(yè)化落地運(yùn)營(yíng)，安全性是首要任務(wù)，而駕駛的安全性需要網(wǎng)絡(luò)極低時(shí)延和極高帶寬的保障?！霸啤W(wǎng)—車—境”智能協(xié)同的新一代車聯(lián)網(wǎng)與 L2、L3 級(jí)的車路協(xié)同具有很大的不同，將融合使用汽車與道路上的多種傳感器。目前自動(dòng)駕駛的幾種常用傳感器都有自己的缺陷，如毫米波雷達(dá)在很多場(chǎng)合容易受到干擾；攝像頭對(duì)于光線比較敏感，對(duì)于光線比較昏暗或者光線比較亮的場(chǎng)景，可靠性達(dá)不到自動(dòng)駕駛的要求；激光雷達(dá)成本高昂，在雨雪和積水惡劣條件下可靠性降低；而基于衛(wèi)星的定位，受周圍環(huán)境的影響比較嚴(yán)重，特別是在障礙物遮擋的領(lǐng)域，定位精度不可靠等。因此，現(xiàn)有任何單一的傳感器技術(shù)都滿足不了自動(dòng)駕駛的需求，需要多類傳感器的協(xié)同工作，帶來數(shù)據(jù)量的急劇增長(zhǎng)。同時(shí)為了保障絕對(duì)的安全性，車輛裝備也在不斷升級(jí)，如攝像頭逐步從單目發(fā)展為雙目甚至多目攝像等。這些巨量的數(shù)據(jù)需要在極短時(shí)間內(nèi)完成傳輸、同步和處理，數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)要求網(wǎng)絡(luò)具備極高帶寬和極低時(shí)延傳輸能力。

特別地，按照 L4/L5 級(jí)自動(dòng)駕駛的定義要求，自動(dòng)駕駛車輛需要知道它確切的位置，定位精度需要在 10cm 以內(nèi)級(jí)別，同時(shí)還需要知道周邊道路情況和交通情況。目前的 GPS 和北斗還達(dá)不到這一定位精度，這就需要在車與路、車與人、車與車之間的信息交換過程中，通過與云中心的交互，動(dòng)態(tài)更新實(shí)時(shí)高精度地圖，并結(jié)合機(jī)器視覺識(shí)別和地圖匹配技術(shù)，完成車輛精確定位，達(dá)到自動(dòng)駕駛更高級(jí)別安全性的要求。因此實(shí)時(shí)高精度地圖的同步與定位，以及實(shí)時(shí)云車交互是自動(dòng)駕駛面臨的挑戰(zhàn)之一，如圖 4 所示。

利用 6G 網(wǎng)絡(luò)的極大帶寬、極高可靠性和極低時(shí)延通信能力，將車上傳感器感知的、攝像頭采集的、路上傳感器獲取的巨量信息與云端進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)交互，實(shí)現(xiàn)協(xié)同決策，靠計(jì)算機(jī)判斷、發(fā)出動(dòng)作指令實(shí)現(xiàn)L4 級(jí)自動(dòng)駕駛，將真正實(shí)現(xiàn)雙手與雙腳甚至人腦的“解放”。

遠(yuǎn)程智能養(yǎng)老

業(yè)務(wù)需求

2020 年 6 月，中國(guó)發(fā)展研究基金會(huì)發(fā)布的《中國(guó)發(fā)展報(bào)告 2020：中國(guó)人口老齡化的發(fā)展趨勢(shì)和政策》顯示，從 2035 年到 2050 年是中國(guó)人口老齡化的高峰階段。根據(jù)預(yù)測(cè)，到 2050 年，中國(guó) 65 歲及以上的老年人口將達(dá)到 3.8 億人，占總?cè)丝诒壤?30%；而 60 歲及以上的老年人口將接近 5 億人，占總?cè)丝诒壤^ 1/3。

雖然早已產(chǎn)生智慧養(yǎng)老、虛擬養(yǎng)老的概念，但目前多聚焦于通過可穿戴式設(shè)備、機(jī)器人、智能養(yǎng)老監(jiān)護(hù)設(shè)備等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老人心跳、血壓、血糖等身體指標(biāo)，并能做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)通知子女。但是對(duì)老人的整體健康狀態(tài)評(píng)估能力不足，也缺乏精神層面的陪護(hù)，這些問題在 5G 時(shí)代難以得到解決。

基于未來的 6G 技術(shù)，一方面可通過智能化的監(jiān)護(hù)設(shè)備或生理類傳感器，綜合電子病歷、實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)手段等，完成對(duì)老人身體健康狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)，并在身體出現(xiàn)異常時(shí)，通過人工智能算法的快速?zèng)Q策，及時(shí)給出對(duì)應(yīng)的解決方案。另一方面，老人也需要朋友和家人的陪伴，此時(shí)需要在全息通信和觸覺互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支撐下，遠(yuǎn)程為老人提供近似貼身體感的陪護(hù)，支持對(duì)話、觸摸等，從而滿足老人在精神上的需求，提高生活質(zhì)量。

場(chǎng)景展望

在 6G 時(shí)代，遠(yuǎn)程的智慧養(yǎng)老可以通過高度智能化的陪護(hù)機(jī)器人來完成。其主要完成兩方面的功能，一是對(duì)老人健康狀態(tài)的全方位監(jiān)測(cè)和診斷防護(hù)，二是對(duì)老人的精神陪伴。

在對(duì)老人健康狀態(tài)的全方位監(jiān)測(cè)和診斷防護(hù)上，陪護(hù)機(jī)器人可以綜合老人的電子病歷、當(dāng)前生理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，通過大數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)人工智能決策，分析出最佳的執(zhí)行動(dòng)作，如夜間開關(guān)、提醒定時(shí)吃藥、針對(duì)不同的生理狀態(tài)提醒使用藥物類型、在即將摔倒時(shí)進(jìn)行攙扶等。針對(duì)一些緊急情況，如已經(jīng)摔倒等需要救治，通過觸覺互聯(lián)網(wǎng)將老人身體的各項(xiàng)指標(biāo)包括痛感程度等，瞬間以全息方式傳遞給子女和醫(yī)院，并支持自動(dòng)呼叫救護(hù)車等功能。圖 5 給出了一種老人健康監(jiān)測(cè)診斷機(jī)器人的示例。

此外，針對(duì)老人的日常生活，通過人工智能、全息通信和觸覺互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)提供近似真人的精神陪護(hù)。在親人、朋友有空的時(shí)候，老人在家中可以向朋友或親人發(fā)起會(huì)話，通過實(shí)時(shí)的全息通話和觸覺感知設(shè)備，將親人、朋友的實(shí)時(shí)影像、動(dòng)作等通過三維立體圖像展現(xiàn)在老人面前，甚至可以實(shí)現(xiàn)多人會(huì)話。通過對(duì)影像進(jìn)行觸碰，雙方可以真實(shí)地感受到觸覺的反饋，仿佛在與真人進(jìn)行對(duì)話和互動(dòng)。在與親人、朋友直接聯(lián)絡(luò)不太方便的場(chǎng)景下，陪護(hù)機(jī)器人可基于親人、朋友的語氣、歷史對(duì)話、神態(tài)等信息，形成近似真人思維的投影體，支持和老人的對(duì)話、互動(dòng)游戲等功能，從而有效關(guān)注老人心理健康，解決子女無法陪伴老人的問題。圖 6 給出一種互動(dòng)式老人陪護(hù)的示例。

該場(chǎng)景還可以應(yīng)用于家庭小孩的監(jiān)護(hù)陪伴，以及行動(dòng)不便的病人陪伴等。

沉浸式購(gòu)物

業(yè)務(wù)需求

用戶可在任何時(shí)候任何地點(diǎn)發(fā)起購(gòu)物業(yè)務(wù)，在購(gòu)物過程中，為用戶提供沉浸式體驗(yàn)，如買衣服時(shí)可以 360 度看到衣服上身的效果，觸摸到衣服的質(zhì)感；買花時(shí)可以看到鮮花的顏色，聞到鮮花的味道，觸摸到鮮花的紋理等；更進(jìn)一步，智能代理可對(duì)個(gè)人的性格喜好等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為用戶提供購(gòu)物建議，甚至做出決策。

場(chǎng)景展望

沉浸式購(gòu)買鮮花場(chǎng)景如圖 7 所示，左側(cè)為鮮花店真實(shí)環(huán)境，真實(shí)環(huán)境中部署有多種 6G 網(wǎng)絡(luò)傳感設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括溫 / 濕度傳感器、氣味傳感器、攝像頭、光傳感器等，可實(shí)時(shí)采集店內(nèi)物品的畫面、氣味、溫度、濕度、光線、觸感等信息。右側(cè)為用戶所在場(chǎng)景，用戶佩戴可穿戴式設(shè)備（未來也可支持裸眼）進(jìn)行實(shí)時(shí)體驗(yàn)，根據(jù)用戶需求，遠(yuǎn)程為用戶重構(gòu)沉浸式花店場(chǎng)景，用戶可觀看花店場(chǎng)景，體驗(yàn)花店的溫度濕度，聞到不同鮮花的花香，觸摸到不同鮮花的紋理等。系統(tǒng)可依據(jù)用戶的喜好、意識(shí)、需求、物品、價(jià)格等條件，為用戶提供購(gòu)物建議，甚至在用戶授權(quán)給系統(tǒng)的前提下，由其替代用戶進(jìn)行購(gòu)物決策。

要想實(shí)現(xiàn)上述業(yè)務(wù)需求，需要人—機(jī)—物—靈的協(xié)作，協(xié)作概念如圖 8 所示。

在人—機(jī)—物—靈協(xié)作概念中，網(wǎng)絡(luò)與人工智能的結(jié)合將非常緊密，每個(gè)場(chǎng)景可通過虛擬映射形成虛擬物理空間，每個(gè)用戶都將擁有屬于自己的、構(gòu)建于虛擬世界中的 AI 助理（Genie），AI 助理將成為人類在虛擬世界中的代理。

人們?nèi)粘５男袨楹透惺軘?shù)據(jù)將上傳到云計(jì)算中心用于構(gòu)建 AI 助理，如何合理利用這些海量數(shù)據(jù)以完成對(duì)用戶行為與感知的模擬是一大難點(diǎn)。在這一過程中，需要對(duì)人類的各種行為和感知進(jìn)行編碼、采集及傳送，同時(shí)還需在虛擬世界中模擬人類的各種行為和感知，這是 6G 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建真實(shí)物理世界在虛擬世界中的鏡像所必需的技術(shù)。生物感知技術(shù)是目前面臨的關(guān)鍵問題，需要既能將視覺、味覺、嗅覺、觸覺等感知數(shù)據(jù)化，又能將感知從數(shù)據(jù)中完美復(fù)現(xiàn)。一方面需要新型的材料與技術(shù)的支持；另一方面需要更加有效的人工智能算法，完成對(duì)人類行為與感知的分析，從而使 AI 助理可根據(jù)用戶的購(gòu)買歷史記錄、偏好、近期心理狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)狀況等信息為用戶個(gè)性化推薦鮮花或進(jìn)行購(gòu)買決策，提升用戶的體驗(yàn)。

對(duì)虛擬世界的模擬以及 AI 助手的構(gòu)建都需要海量的數(shù)據(jù)，如何表達(dá)并高速可靠地傳輸這些海量數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn) 6G 的關(guān)鍵。6G 將實(shí)現(xiàn)基于語義的廣義信息傳輸及通過無處不在的智能計(jì)算節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各種智能計(jì)算。

類似業(yè)務(wù)還有沉浸式外賣定制服務(wù)，也是一款基于 6G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，該產(chǎn)品可完全模擬食物的樣子和味道，讓用戶得到視覺、味覺和嗅覺上的沉浸式體驗(yàn)，幫助用戶選擇外賣產(chǎn)品，同時(shí)還可利用人工智能技術(shù)分析歷史記錄，得到用戶對(duì)于食物的偏好，從而進(jìn)行個(gè)性化推薦和購(gòu)買決策。和現(xiàn)有的外賣產(chǎn)品相比，其沉浸式體驗(yàn)以及個(gè)性化推薦可充分激發(fā)用戶購(gòu)買外賣的欲望，也可以刺激商家推出更好的菜品，形成用戶和商家之間的良性循環(huán)，促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

選自《6G 需求與愿景》專著