前 言
當(dāng)前，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在加速演進(jìn)，人工智能（AI）、VR/AR、三維（3D）媒體和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了巨大的傳輸數(shù)據(jù)。
資料顯示，2010年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量為7.462 EB /月，而到2030年，這一數(shù)字將達(dá)到5016 EB /月，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的快速增長(zhǎng)對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的迭代提出了更高的要求。
此外，在制造、交通、教育、醫(yī)療和商業(yè)等社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，智能化正成為不可逆的趨勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)智慧城市的愿景，數(shù)百萬(wàn)個(gè)傳感器將被嵌入到城市中的車(chē)輛、樓房、工廠、道路、家居和其他環(huán)境中，需要具有可靠連接性的無(wú)線高速通信方式來(lái)支持這些應(yīng)用。
隨著通信需求的提升，移動(dòng)通信從1G逐步發(fā)展至現(xiàn)在的5G，并且5G已經(jīng)在全球范圍內(nèi)開(kāi)始大規(guī)模部署。
5G與4G相比，能夠提供新功能并實(shí)現(xiàn)更好的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。盡管如此，以數(shù)據(jù)為中心的智能化系統(tǒng)的快速增長(zhǎng)對(duì)5G無(wú)線系統(tǒng)的能力帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。例如要保證虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）設(shè)備良好的用戶體驗(yàn)，至少需要10 Gbps的數(shù)據(jù)速率，這已經(jīng)是超越5G（B5G）后才能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
為了克服5G應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)的性能限制，需要開(kāi)發(fā)具有新功能特性的6G無(wú)線系統(tǒng)。
一方面，6G要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)所有功能的融合，例如支持網(wǎng)絡(luò)致密化、高吞吐量、高可靠性、低能耗以及大規(guī)模連接。
另一方面，6G將運(yùn)用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)和業(yè)務(wù)的拓展，包括AI、智能可穿戴設(shè)備、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）和3D投影等。
賽迪智庫(kù)無(wú)線電所發(fā)布了此份白皮書(shū)。本白皮書(shū)將從6G愿景、6G應(yīng)用場(chǎng)景、6G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)、6G潛在關(guān)鍵技術(shù)、國(guó)際組織和各國(guó)6G研究進(jìn)展等方面展開(kāi)討論，并提出加快我國(guó)推進(jìn)6G研發(fā)的相關(guān)建議。
01
從5G走向6G：打通虛實(shí)空間泛在智聯(lián)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)
自上世紀(jì)80 年代以來(lái)，移動(dòng)通信基本上以十年為周期出現(xiàn)新一代革命性技術(shù)（如圖1所示），持續(xù)加快信息產(chǎn)業(yè)的迭代升級(jí)，不斷推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的繁榮發(fā)展，如今已成為連接人類(lèi)社會(huì)不可或缺的基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。
從應(yīng)用和業(yè)務(wù)層面來(lái)看，4G 之前的移動(dòng)通信主要聚焦于以人為中心的個(gè)人消費(fèi)市場(chǎng)，5G 則以更快的傳輸速度、超低的時(shí)延、更低功耗及海量連接實(shí)現(xiàn)了革命性的技術(shù)突破，消費(fèi)主體將從個(gè)體消費(fèi)者向垂直行業(yè)和細(xì)分領(lǐng)域全面輻射。
特別是在5G與人工智能、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等新一代信息技術(shù)融合創(chuàng)新后，能夠進(jìn)一步賦能工業(yè)、醫(yī)療、交通、傳媒等垂直行業(yè)，更好地滿足物聯(lián)網(wǎng)的海量需求以及各行業(yè)間深度融合的要求，從而實(shí)現(xiàn)從萬(wàn)物互聯(lián)到萬(wàn)物智聯(lián)的飛躍。
▲圖1 移動(dòng)通信的演進(jìn)歷程（1G~6G）
5G 的目標(biāo)是在滿足個(gè)人用戶信息消費(fèi)需求的同時(shí)，向社會(huì)各行業(yè)和領(lǐng)域廣泛滲透，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)從消費(fèi)型應(yīng)用向產(chǎn)業(yè)型應(yīng)用的升級(jí)。
盡管當(dāng)前5G尚未大規(guī)模應(yīng)用和深入滲透，但從5G標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范來(lái)看，仍然在信息交互方面存在空間范圍受限和性能指標(biāo)難以滿足某些垂直行業(yè)應(yīng)用的不足。
例如，從通信網(wǎng)絡(luò)空間覆蓋范圍看，5G仍然是以基站為中心的發(fā)散覆蓋，在基站所未覆蓋的沙漠、無(wú)人區(qū)、海洋等區(qū)域內(nèi)將形成通信盲區(qū)，預(yù)計(jì)5G 時(shí)代仍將有80%以上的陸地區(qū)域和95%以上的海洋區(qū)域無(wú)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。
此外，5G的通信對(duì)象集中在陸地地表10km以內(nèi)高度的有限空間范圍，無(wú)法實(shí)現(xiàn)“空天海地”無(wú)縫覆蓋的通信愿景。
從行業(yè)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)性能需求看，更大的連接數(shù)密度、更大的傳輸帶寬、更低的端到端時(shí)延、更高的可靠性和確定性以及更智能化的網(wǎng)絡(luò)特性，是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與垂直行業(yè)融合應(yīng)用得以快速推廣和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的必然需要。
例如，對(duì)于智能工廠，6G能夠?qū)r(shí)延縮減至亞秒（<1ms）級(jí)甚至是微秒（μs）級(jí)，從而能夠逐步取代工廠內(nèi)機(jī)器間的有線傳輸，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)更高層級(jí)的無(wú)線化和彈性化。
另外，目前5G的連接數(shù)密度約為每平方米一個(gè)連接設(shè)備，隨著傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，在很多應(yīng)用場(chǎng)景下每平方米連接的設(shè)備數(shù)量將超過(guò)1個(gè)，5G網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法承擔(dān)更大連接設(shè)備的接入，必須依賴下一代6G網(wǎng)絡(luò)超大連接數(shù)性能的支撐。
基于上，我們認(rèn)為6G 總體愿景是基于5G 愿景的進(jìn)一步擴(kuò)展和升級(jí)。
從網(wǎng)絡(luò)接入方式看，6G將包含多樣化的接入網(wǎng)，如移動(dòng)蜂窩、衛(wèi)星通信、無(wú)人機(jī)通信、水聲通信、可見(jiàn)光通信等多種接入方式。
從網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍看，6G愿景下將構(gòu)建跨地域、跨空域、跨海域的空—天—?！匾惑w化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的全球無(wú)縫覆蓋。
從網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)看，6G無(wú)論是傳輸速率、端到端時(shí)延、可靠性、連接數(shù)密度、頻譜效率、網(wǎng)絡(luò)能效等方面都會(huì)有大的提升，從而滿足各種垂直行業(yè)多樣化的網(wǎng)絡(luò)需求。
從網(wǎng)絡(luò)智能化程度看，6G愿景下網(wǎng)絡(luò)和用戶將作為統(tǒng)一整體，AI在賦能6G網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，更重要的是深入挖掘用戶的智能需求，每個(gè)用戶都將通過(guò)AI 助理（AIA，AI assistant）提升用戶體驗(yàn)。
從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的邊界看，6G的服務(wù)對(duì)象將從物理世界的人、機(jī)、物拓展至虛擬世界的“境”，通過(guò)物理世界和虛擬世界的連接，實(shí)現(xiàn)人—機(jī)—物—境的協(xié)作，滿足人類(lèi)精神和物質(zhì)的全方位需求。
02
6G應(yīng)用場(chǎng)景展望
6G未來(lái)將以5G提出的三大應(yīng)用場(chǎng)景（大帶寬，海量連接，超低延遲）為基礎(chǔ)，不斷通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)提升性能和優(yōu)化體驗(yàn)，并且進(jìn)一步將服務(wù)的邊界從物理世界延拓至虛擬世界，在人—機(jī)—物—境完美協(xié)作的基礎(chǔ)上，探索新的應(yīng)用場(chǎng)景、新的業(yè)務(wù)形態(tài)和新的商業(yè)模式。
● 人體數(shù)字孿生
當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)條件下，數(shù)字技術(shù)對(duì)人體健康的監(jiān)測(cè)主要應(yīng)用于宏觀身體指標(biāo)監(jiān)測(cè)和顯性疾病預(yù)防等方面，實(shí)時(shí)性和精準(zhǔn)性有待進(jìn)一步提高。
隨著6G技術(shù)的到來(lái)，以及生物科學(xué)、材料科學(xué)、生物電子醫(yī)學(xué)等交叉學(xué)科的進(jìn)一步成熟，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)完整的“人體數(shù)字孿生”，
即通過(guò)大量智能傳感器（>100個(gè)/人）在人體的廣泛應(yīng)用，對(duì)重要器官、神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、肌肉骨骼、情緒狀態(tài)等進(jìn)行精確實(shí)時(shí)的“鏡像映射”，形成一個(gè)完整人體的虛擬世界的精確復(fù)制品，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人體個(gè)性化健康數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
此外，結(jié)合核磁、CT、彩超、血常規(guī)、尿生化等專(zhuān)業(yè)的影像和生化檢查結(jié)果，利用AI技術(shù)可對(duì)個(gè)體提供健康狀況精準(zhǔn)評(píng)估和及時(shí)干預(yù)，并且能夠?yàn)閷?zhuān)業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)下一步精準(zhǔn)診斷和制定個(gè)性化的手術(shù)方案提供重要參考。
● 空中高速上網(wǎng)
為了給乘客提供飛機(jī)上的空中上網(wǎng)服務(wù)，4G/5G時(shí)代通信界為此做過(guò)大量的努力，但總體而言，目前飛機(jī)上的空中上網(wǎng)服務(wù)仍然有很大的提升空間。
當(dāng)前空中上網(wǎng)服務(wù)主要有兩種模式——地面基站模式和衛(wèi)星模式。如采用地面基站模式，由于飛機(jī)具備移動(dòng)速度快、跨界幅度大等特點(diǎn)，空中上網(wǎng)服務(wù)將面臨高機(jī)動(dòng)性、多普勒頻移、頻繁切換以及基站覆蓋范圍不夠廣等帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
如采用衛(wèi)星通信模式，空中上網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量可以相對(duì)得到保障，但是成本太高。
為了解決這一難題，6G將采用全新的通信技術(shù)以及超越“蜂窩”的新穎網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在降低網(wǎng)絡(luò)使用成本的同時(shí)保證在飛機(jī)上為用戶提供高質(zhì)量的空中高速上網(wǎng)服務(wù)。
● 基于全息通信的XR
虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR/VR）被業(yè)界認(rèn)為是5G 最重要的需求之一。
影響AR/VR 技術(shù)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一大因素是用戶使用的移動(dòng)性和自由度，即不受所處位置的限制，而5G網(wǎng)絡(luò)能夠提升這一性能。
隨著技術(shù)的快速發(fā)展，可以預(yù)期10年以后（2030~），信息交互形式將進(jìn)一步又AR/VR逐步演進(jìn)至高保真擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）交互為主，甚至是基于全息通信的信息交互，最終將全面實(shí)現(xiàn)無(wú)線全息通信。
用戶可隨時(shí)隨地享受全息通信和全息顯示帶來(lái)的體驗(yàn)升級(jí)——視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)乃至情感將通過(guò)高保真XR充分被調(diào)動(dòng)，用戶將不再受到時(shí)間和地點(diǎn)的限制，以“我”為中心享受虛擬教育、虛擬旅游、虛擬運(yùn)動(dòng)、虛擬繪畫(huà)、虛擬演唱會(huì)等完全沉浸式的全息體驗(yàn)。
● 新型智慧城市群
隨著數(shù)字時(shí)代的不斷演進(jìn)，通信網(wǎng)絡(luò)成為智慧城市群不可或缺的公共基礎(chǔ)設(shè)施。對(duì)城市管理部門(mén)而言，城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)是重要職責(zé)。
目前，由于不同的基礎(chǔ)設(shè)施由不同的部門(mén)分別建設(shè)和管理，絕大部分城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的信息感知、傳輸、分析、控制仍處于各自為政現(xiàn)狀，缺乏統(tǒng)一的平臺(tái)。
作為城市群的基礎(chǔ)設(shè)施之一，6G 將采用統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入新業(yè)務(wù)場(chǎng)景，構(gòu)建更高效更完備的網(wǎng)絡(luò)。
未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)可由多家運(yùn)營(yíng)商投資共建，采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)將物理網(wǎng)絡(luò)和邏輯網(wǎng)絡(luò)分離。
人工智能（AI）深度融入6G 系統(tǒng)，將在高效傳輸、無(wú)縫組網(wǎng)、內(nèi)生安全、大規(guī)模部署、自動(dòng)維護(hù)等多個(gè)層面得到實(shí)際應(yīng)用。
● 全域應(yīng)急通信搶險(xiǎn)
6G將由地基、?；?、空基和天基網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成分布式跨地域、跨空域、跨海域的空—天—?！匾惑w化網(wǎng)絡(luò)。
到2030年以后，“泛在連接”將成為6G網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)之一，完成在沙漠、深海、高山等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的部署，實(shí)現(xiàn)全域無(wú)縫覆蓋。
依托其覆蓋范圍廣、靈活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面災(zāi)害影響等特點(diǎn)，6G通信網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)急通信搶險(xiǎn)、“無(wú)人區(qū)”實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
例如，在發(fā)生地震等自然災(zāi)害造成地面通信網(wǎng)絡(luò)毀壞時(shí)，可以整合天基網(wǎng)絡(luò)（衛(wèi)星）和空基網(wǎng)絡(luò)（無(wú)人機(jī)）等通信資源，實(shí)現(xiàn)廣域無(wú)縫覆蓋、隨時(shí)接入、資源集成支撐應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離保障和扁平化的應(yīng)急指揮。
此外，利用6G網(wǎng)絡(luò)還可以對(duì)沙漠、海洋、河流等容易發(fā)生自然災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，提供沙塵暴、臺(tái)風(fēng)、洪水等預(yù)警服務(wù)，將災(zāi)害損失降到最低。
● 智能工廠PLUS
利用 6G 網(wǎng)絡(luò)的超高帶寬、超低時(shí)延和超可靠等特性，可以對(duì)工廠內(nèi)車(chē)間、機(jī)床、零部件等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，利用邊緣計(jì)算和AI等技術(shù)，在終端側(cè)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并且能夠?qū)崟r(shí)下達(dá)執(zhí)行命令。
6G中引入了區(qū)塊鏈技術(shù)，智能工廠所有終端之間可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，而不需要經(jīng)過(guò)云中心，實(shí)現(xiàn)去中心化操作，提升生產(chǎn)效率。不僅限于工廠內(nèi)，6G可保障對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生命周期的全連接。
基于先進(jìn)的6G網(wǎng)絡(luò)，工廠內(nèi)任何需要聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備/終端均可靈活組網(wǎng)，智能裝備的組合同樣可根據(jù)生產(chǎn)線的需求進(jìn)行靈活調(diào)整和快速部署，從而能夠主動(dòng)適應(yīng)制造業(yè)個(gè)人化、定制化C2B的大趨勢(shì)。
智能工廠PLUS將從需求端的客戶個(gè)性化需求、行業(yè)的市場(chǎng)空間，到工廠交付能力、不同工廠間的協(xié)作，再到物流、供應(yīng)鏈、產(chǎn)品及服務(wù)交付，形成端到端的閉環(huán)，而6G貫穿于閉關(guān)的全過(guò)程，扮演著重要角色。
● 網(wǎng)聯(lián)機(jī)器人和自治系統(tǒng)
目前，一些汽車(chē)技術(shù)研究人員正在研究智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)。6G有助于網(wǎng)聯(lián)機(jī)器人和自主系統(tǒng)的部署，無(wú)人機(jī)快遞系統(tǒng)就是這樣的一個(gè)案例。
基于6G無(wú)線通信的自動(dòng)車(chē)輛可以極大地改變我們的日常生活方式。6G系統(tǒng)將促進(jìn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)或無(wú)人駕駛汽車(chē)的規(guī)模部署和應(yīng)用。
自動(dòng)駕駛汽車(chē)通過(guò)各種傳感器來(lái)感知周?chē)h(huán)境，如光探測(cè)和測(cè)距（LiDAR）、雷達(dá)、GPS、聲納、里程計(jì)和慣性測(cè)量裝置。6G系統(tǒng)將支持可靠的車(chē)與萬(wàn)物相連（V2X）以及車(chē)與服務(wù)器之間的連接（vehicle to server）。
對(duì)于無(wú)人機(jī)（UAV），6G將支持無(wú)人機(jī)與地面控制器之間的通信。
無(wú)人機(jī)在軍事、商業(yè)、科學(xué)、農(nóng)業(yè)、娛樂(lè)、城市治理、物流、監(jiān)視、航拍、搶險(xiǎn)救災(zāi)等許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用空間。
此外，當(dāng)蜂窩基站不存在或者不工作時(shí)，無(wú)人機(jī)可以作為高空平臺(tái)站（HAPS）為該區(qū)域的用戶提供廣播和高速上網(wǎng)服務(wù)。
