6G

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第六代移动通信系统,6G（6thgenerationmobilenetworks，或6thgenerationwirelesssystems）

　　第六代移动通信系统（6thgenerationmobilenetworks，或6thgenerationwirelesssystems），简称6G，是指第六代移动通信技术，是5G系统后的延伸。

　　基于2G到3G，3G到4G，4G到5G等数轮移动通信技术更新换代的经验，6G的大多数性能指标相比5G将提升10到100倍。此前，5G网络速率被指是4G的10-20倍，可实现3秒内下载完成一部1GB的高清视频；而在6G时代，1秒下载10部同类型高清视频也不是梦。

　　6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。通过将卫星通信整合到6G移动通信，实现全球无缝覆盖，网络信号能够抵达任何一个偏远的乡村，让深处山区的病人能接受远程医疗，让孩子们能接受远程教育。此外，在全球卫星定位系统、电信卫星系统、地球图像卫星系统和6G地面网络的联动支持下，地空全覆盖网络还能帮助人类预测天气、快速应对自然灾害等。

　　频谱是移动通信的基础，也是稀缺资源，持续增长的业务量需求要求未来移动通信系统扩展可用的频谱资源。太赫兹(Terahertz)和可见光(VisibleLight)将是极具吸引力的两类重要的候选频谱。太赫兹频谱在通信等领域的开发利用受到了来自欧、美、日等国家和区域的高度重视，也获得了国际电信联盟(ITU)的大力支持。可见光通信技术是随着照明光源支持高速开关而发展起来的一种新型通信方式，可以有效的缓解当前射频通信频带紧张的问题，为短距离无线通信提供了一种新的选择方式。

　　太赫兹波是指频谱在0. 1~10 THz之间的电磁波，波长为30至3000微米。频谱介于微波与远红外光之间，在其低波段与毫米波相邻，而在其高波段与红外光相邻，位于宏观电子学与微观光子学的过渡区域。太赫兹作为一个介于微波与光波之间的全新频段尚未被完全开发，太赫兹通信具有频谱资源丰富、传输速率高等优势，是未来移动通信中极具优势的宽带无线接入(Tb/s级通信)技术。美国联邦通信委员会专员Jessica Rosenworcel在2018年9月召开的美国移动通信世界大会上表示，6G可以采用基于太赫兹(THz)频谱的网络和空间复用技术。

　　太赫兹波以其独有的特性，使太赫兹通信(THz Communication)比微波和无线光通信拥有许多优势，决定了太赫兹波在高速短距离宽带无线通信、宽带无线安全接入、空间通信等方面均有广阔的应用前景。(1)太赫兹波在空中传播时极易被空气中的水分吸收，比较适合于高速短距离无线通信; (2) 波束更窄、方向性更好，具有更强的抗干扰能力,可实现2~5 km 内的保密通信。(3)太赫兹波的频率高、带宽宽，能够满足无线宽带传输时对频谱带宽的需求。太赫兹波频谱在108~1013GHz之间，其中具有几十GHz的可用频谱带宽，可提供超过Tb/s的通信速率。(4) 空间通信。在外层空间,太赫兹波在350μm、450μm、 620μm、 735μm和870μm波长附近存在着相对透明的大气窗口，能够做到无损耗传输，极小的功率就可完成远距离通信。并且，相对无线光通信而言，波束更宽，接收端容易对准，量子噪声较低，天线终端可以小型化、平面化。因此，太赫兹波可广泛应用于空间通信中，特别适合用于卫星之间、星地之间的宽度通信。(5)太赫兹频段波长短，也适合采用更多天线阵子的MassiveMIMO(相对毫米波同样大小甚至更小的天线体积)。

　　初步的研究表明，MassiveMIMO提供的波束赋型及空间复用增益可以很好的克服太赫兹传播的雨衰和大气衰落,可以满足密集城区覆盖需求(例如，200m 小区半径)。(6) 能量效率高。相对于无线光通信而言，太赫兹波的光子能量低，大约是10-3eV，只有可见光的1/40,用它作为信息载体可以获得极高的能量效率。(7)穿透性强。太赫兹波能以较小的衰减穿透物质，适合一些特殊场景的通信需求。太赫兹频段用于移动通信具有不可替代的优势，但同时面临着多方面的挑战: (1) 覆盖与定向通信。电磁波传播特性表明，自由空间衰落大小与频率的平方成正比，因此太赫兹相对低频段有较大的自由空间衰落。太赫兹传播特性及巨量天线阵子，意味着太赫兹通信是高度定向的波束信号传播。我们需要针对这种高度定向传播的信号特征，重新设计和优化相关机制。(2) 大尺度衰落特性。太赫兹信号对阴影非常敏感，对覆盖范围影响很大。

　　例如，如砖的信号衰减高达40--80dB，人体可以带来20--35dB的信号衰减。不过湿度/降雨衰落对于太赫兹通信影响相对较小，因为湿度/降雨衰落在100GHz以下随着频率提升而快速增加，.但在100GHz以上已经相对平坦。可以选择雨衰相对较小的几个太赫兹频段作为未来太赫兹通信的典型频段，例如140GHz、220GHz 和340GHz等附近频段。(3) 快速信道波动与间歇性连接。给定的移动速度，信道相干时间与载波频率为线性关系，也即意味着太赫兹频段的相干时间很小，多普勒扩展较大，相比当前蜂窝系统所采用的频段变化快很多。此外，较高的阴影衰落将导致太赫兹传播的路径衰落更剧烈地波动。同时，太赫兹系统主要构成是小范围覆盖的微小区，而且是高度空间定向的信号传输，这意味着路径衰落、服务波束和小.区关联关系将会迅速改变。

　　从系统角度,意味着太赫兹通信系统的连接将表现为高度间歇性，需要有快速迅速适应机制来克服这种快速变化的间歇性连接问题。(4)处理功耗。利用超大规模天线的一个重大的挑战是宽带太赫兹系统模数(A/D) 转换的功率消耗。功耗- -般与采样率呈线性关系，而与每比特的采样数为指数关系。太赫兹频段大带宽和巨量天线需要高分辨率的量化，实现低功耗、低成本的设备将是巨大挑战。为支持太赫兹通信，如下几方面需要进一步深入研究: (1) 半导体技术，包括RF、模拟基带和数字逻辑等;(2)研究低复杂度、低功耗的高速基带信号处理技术和集成电路设计方法，研制太赫兹高速通信基带平台; (3) 调制解调，包括太赫兹直接调制、太赫兹混频调制和太赫兹光电调制等; (4) 波形、信道编码; (5) 同步机制，例如，高速高精度的捕获和跟踪机制、数百量级天线阵子的同步机制:(6)太赫兹空间和地面通信的信道测量与建模。上述几方面技术问题研究需要综合兼顾，以便在太赫兹通信的性能、复杂性和功耗之间取得平衡。

　　另外，在频谱监管方面，目前国际电联己决定将0.12THz和0.2THz划归无线通信使用，但0.3THz以上频谱的监管规则尚不明晰，全球范围内尚未统一。需要国际电联层面和WRC会议共同努力，积极推动以达成共识。太赫兹通信技术的研究只有二十年时间，很多关键器件还没有研制成功，一些关键技术还不够成熟，还需进行大量的研究工作。但太赫兹通信是一个极具应用前景的技术，随着关键器件及关键技术的突破，太赫兹波通信技术必将给人类生产生活带来深远的影响。

　　一种对现有无线射频通信技术可能的补充技术是光无线通信(Optical WirelessCommunications，0OWC)，频段包括红外、可见光和紫外，可以有效的缓解当前射频通信频带紧张的问题。其中，可见光频段是0WC最重要的频段，将在本节重点讨论。可见光波段(390-700纳米)的0WC系统通常被称为可见光通信(Visible LightCommunications，VLC)，它充分利用可见光发光二极管(LED)的优势，实现照明和高速数据通信的双重目的。与无线电通信相比，VLC具有多方面极具吸引力的优势。首先，可见光通信技术可以提供大量潜在的可用频谱(THz级带宽)，并且频谱使用不受限，不需频谱监管机构的授权。其次，可见光通信不产生电磁辐射，也不易受外部电磁干扰影响，所以可广泛应用于对电磁干扰敏感、甚至必须消除电磁干扰的特殊场合，如医院、航空器、加油站和化工厂等。再次，可见光通信技术所搭建的网络安全性更高。该技术使用的传输媒介是可见光，不能穿透墙壁等遮挡物，传输限制在用户的视距范围以内，这就意味着网络信息的传输被局限在一一个建筑物内，有效地避免了传输信息被外部恶意截获，保证了信息的安全性。

　　最后，可见光通信技术支持快速搭建无线网络，可以方便灵活的组建临时网络与通信链路，降低网络使用与维护成本。像地铁、隧道等射频信号覆盖盲区，如果使用射频通信，则需要高昂的成本建立基站，并支付昂贵的维护费用。而室内可见光通信技术可以利用其室内的照明光源作为基站，结合其它无线/有线通信技术，为用户提供便捷的室内无线通信服务。

　　OWC典型应用场景包括:光热点(特别是在室内场景)、 短距离通信、星间链路激光通信和海底通信(克服衰减和电磁干扰)。这些典型应用场景的OWC技术值得深入研究，并针对性的优化解决。

• 基础性技术

　　构成6G系统的潜在基础技术较多，如：

• • 稀疏理论-压缩感知(Sparse Theory-Compressed Sensing)
  • 全新信道编码(New Channel Coding)
  • 超大规模天线技术(Very Large Scale Antenna)
  • 灵活频谱技术(Flexible Spectrum)
  • 频谱共享(Spectrum Sharing)
  • 全自由度双工-全双工(Free Duplex Full Duplex)
  • 基于Al的无线通信技术(AI-based Wire less Communication)

• 专有技术特性

• • 空天地海一体化通信(Space-Air-Ground- SeaIntegrated Communication)
  • 天地一体化通信(Spacea and Ground Integrated Communication)
  • 水下无线通信(Undersea Communication)
  • 无线触觉网络(Wireless Tactile Network)

　　6G的运用一般包括以下典型场景：

　　6G的沉浸式应用意味着6G网络将实现万物的深度连接和交互，为人类提供极致的沉浸式体验。这包括四个典型的用例：沉浸式云扩展现实(XR)、全息通信、传感互联和智能交互。

• • 沉浸式云XR：广阔的虚拟空间

　　XR是一个包含虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和混合现实(MR)的术语。在基于云的XR中，内容被存储，所有的渲染和计算操作都在云上实现。这大大降低了XR设备的计算负载和能耗，同时将用户从电缆的束缚中解放出来。因此，轻型XR设备将成为主流，以保证更具沉浸感和智能的体验，促进商业化。

　　从2030年开始，网络和XR终端的巨大进步将推动XR技术进入一个完全沉浸的时代。基于云的XR将与网络，云计算，大数据和人工智能相结合，实现商业和贸易，工业生产，文化和娱乐，教育和培训以及医疗保健等各个领域的数字化转型。

　　基于云的XR将使用户能够使用音频和动作与环境进行交互，包括眼睛、头部和手的运动。只有在确定性环境中提供超低延迟、超可靠和超高带宽时，才能提供这种优质体验，这需要从物理层、链路层到网络层的新颖设计。

• • 全息通信：极其身临其境的体验

　　随着无线网络、高分辨率渲染和终端显示的不断发展，全息技术将通过自然逼真的视觉还原实现人、物和周围环境之间的三维(3D)动态交互，极大地增强面向未来的通信。

　　全息通信将广泛应用于文化娱乐、医疗保健、教育和生产，为用户带来完全沉浸式的体验，而不受时间、空间以及现实和虚拟世界之间界限的限制。然而，如果未来的通信网络不能满足实时3D显示和快速传输全息图像的要求，这将是不可能的。送1920××1080××50个24位RGB和每秒60帧(FPS)刷新率的3D目标数据，网络必须支持约149。3 Gbps的峰值吞吐量或1。5 Gbps的平均吞吐量，压缩比为100：1。由于沉浸式多维交互将涉及数千个并发数据流，网络必须能够提供Tbps级别的感知吞吐量。对于全息靶向治疗和远程显微外科手术，信息丢失会导致重新传输，而这又不能满足可靠性和等待时间的要求。这进一步提高了网络传输安全性和可靠性的标准。

• • 感官联系：所有感官的融合

　　视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉对于我们理解我们的世界是必不可少的。从2030年开始，不仅是听觉和视觉，还有其他主要感官(包括触觉、嗅觉和味觉)的信号传输将成为通信的主要部分，并用于各个领域，包括医疗保健、教育、娱乐、交通控制、生产和社会互动。在未来，人们将能够通过他们的移动设备感受到来自远方家庭成员拥抱的温暖。即使在自己家里，用户也可以享受各种体验，例如美丽的风景，甚至在沙滩上散步，同时感受马尔代夫的海风。

　　所有主要感觉的融合交互需要与不同感觉相关的数据的协调和同步传输。为了保持高质量的体验，需要毫秒级的延迟。触觉的反馈与身体运动和位置密切相关，对高精度定位提出了要求。如果网络的最大吞吐量不增加，全感知信息的同步传输将是不可能的。随着越来越多的感官在交流中相互联系，必须确保强大的数据安全性，以保护隐私和避免侵权。此外，每种感觉都应该有独特的数字表示，需要新的联合和独立的编码和解码模式，以促进数据传输。

• • 智能交互：感觉和思想的交互

　　6G移动通信将提供在许多研究领域实现突破的机会，如情感和脑机交互。智能代理将能够感知、识别和思考，从而完全替代传统的智能设备。人和智能代理之间的用户-工具关系将演变为具有情感和相互理解的类似人类的交互。这种智能代理将能够通过对话和面部表情来感知用户的心理和情绪状态，以帮助用户减轻健康风险。支持大脑信息的无损传输，思维可控的机器将可以帮助残疾人克服日常生活和工作中的生理困难，同时快速积累知识和技能。

　　考虑到沉浸式应用的技术趋势，总结了以下几点。

　　6G将利用高达太赫兹甚至可见光的所有光谱来提供超高数据速率。为了支持终极沉浸式应用，如沉浸式XR和全息通信，需要极高的数据速率(高达数十Tbps)，因此需要额外的频谱资源。因此，除了低于6 GHz和毫米波之外，高达THz和光学波段的新频谱将得到充分开发和利用，以支持需要高分辨率检测的大量数据和延迟敏感型服务和应用。 　　 　　6G将进一步升级massive MIMO技术，以实现更高的网络吞吐量和链路可靠性。为了满足对网络吞吐量、用户密度、链路可靠性和更高阶的大规模MIMO技术的不断增长的需求，随着无线通信的发展，研究和开发了超大规模MIMO技术。我们预计，超大规模MIMO在6G中的成功不仅取决于现有5G方法的增强，还取决于新的解决方案，包括新的天线架构、材料和射频(RF)技术。

　　6G将探索多个物理维度，变革数据传输，实现更高的频谱效率和容量。由于频谱资源，特别是6 GHz以下的频段越来越稀缺，因此有必要充分探索多个物理维度，特别是空间和频谱维度，以支持更高的频谱效率，并提供超高的数据速率和容量，从而改善用户体验。为此，包括可重构智能表面(RIS)、全双工设计和全息无线电在内的新技术已被开发出来，有望用于6G。使用可编程的超材料，RIS可以动态控制电磁波(调整它们的振幅、相位等)。)通过数字编码形成可控信号，增强网络覆盖，提高小区边缘传输速率。已经提出了同频同时全双工技术来支持在单个时间和频率资源中的并发传输和接收，以提供超高的频谱效率和吞吐量以及低延迟.全息无线电技术采用射频空间频谱全息术和全息空间波场合成技术，以实现具有超高容量和频谱效率的超高分辨率(UHR)空间复用，实现沉浸式以人为中心的通信，如XR、全息显示和多感官通信。

　　随着社会走向“万物智能”，未来的6G是增殖人工智能和向人类和万物提供高智能用例的关键，如智能的增殖、传感通信和数字孪生。

• • 智能的扩散：无处不在的智能核心

　　到2030年，将有更多的智能终端，包括智能个人和家庭设备、城市传感器、无人驾驶汽车和智能机器人。与目前的智能手机不同，这些新终端不仅可以高速传输数据，还可以与各种智能设备协同工作并从中学习。未来，通过6G网络连接的设备数量将达到数万亿。通过不断的学习、交流、合作和竞争，这些设备可以有效地模拟和预测物理世界的场景，并提供最佳决策。

　　应用人工智能对于利用增强的计算能力探索和不断学习大数据至关重要。在6G时代，基于人工智能和人工智能的网络自学习、自操作和自维护将得到发展。到那时，网络将足够强大，能够适应各种实时变化。通过设备之间的自我学习和协作，6G网络将使社会能够实现无处不在的学习和持续更新。人工智能服务和应用将被带到最终用户，使每个个人、家庭和行业都可以获得实时可靠的人工智能。通过这个可以实现真正的普惠智能。

• • 传感通信：扩展融合通信的功能

　　6G网络将利用通信信号来感知、检测、定位、识别和成像目标。这将帮助无线通信系统获得关于环境的信息，以进一步改善资源分配和用户体验。利用毫米波或太赫兹等更高频段频谱，将有助于获取环境信息，进而提高无线系统的性能。它还将促进环境中物理实体的数字化，并为更多的应用铺平道路。

　　凭借实时无线传感、先进的信号处理算法以及对边缘计算和人工智能技术的探索，6G将有助于感知环境信息，并用超高清(UHD)射频图像重建目标环境，并实现厘米级定位。这大大加快了虚拟和智能城市的实现。基于无线信号的传感器网络可以补充甚至取代易受光线影响的激光雷达和摄像机，提高全天候的传感分辨率和探测精度。有了这些网络，周围的物体，如行人、自行车和婴儿车，可以通过传感进行分类。此外，为了实现机器人之间的协作、非接触式运动控制和动作识别等应用，将需要毫米级分辨率来为用户提供高精度实时传感服务。此外，更高的频段，如THz，环境污染源检测，空气成分监测，如PM2.5分析，也可以用sense实现。

• • 数字孪生：物理世界的数字镜子

　　随着传感、通信和人工智能技术的进步，对象或过程被数字化复制。包括人与人、人与物、物与物在内的互动将被智能地映射到数字世界中。利用数据挖掘和高级算法模型，数字世界可以利用丰富的历史和实时数据来模拟、验证、预测和控制物理对象或过程，为物理世界中的问题提供最佳解决方案。

　　6G时代将迎来一个数字双胞胎的世界。在医疗保健领域，医疗系统可以使用数字双胞胎信息进行诊断并提供最佳治疗。在工业领域，可以对产品设计进行数字化优化，降低成本，提高效率。在农业中，可以模拟和推断生产过程，以预测不利因素，改善土地的生产和使用。在网络OM中，网络可以通过物理和数字交互、认知智能和自动OM快速适应复杂和动态的环境，从而在整个OM生命周期中实现自治，从规划到建设、监控、优化，再到自我修复。

　　为了实现智能应用场景中的用例，需要考虑以下技术趋势。

　　6G将支持原生AI和ML，智能连接智能事物和设备。6G的关键特征和目标之一是通过将AI和ML完全集成到通信系统中来实现无处不在的智能。这需要6G中的新设计原则，在开始时将无线和人工智能功能结合起来，而不是先设计无线系统，然后再应用人工智能。名为整合智力和交流的技术将为后香农交流理论的突破和学习理论的调用创造机会。 6G将无缝集成传感能力，实现数字和物理世界的融合。我们预计，多样化的新杀手级应用和服务，如自动驾驶、智能工业和智能医疗保健，将由6G网络实现和支持。这些趋势激发了新的技术设计原则，将无线通信和传感这两种原本分离的功能无缝集成到一个系统中，称为集成传感和通信(ISAC)，从而赋予6G无线网络同时“看”和“说”物理世界的能力。具体而言，ISAC可以利用电磁波信号来无线检测、定位、跟踪和成像对象，识别不同的活动或状态，甚至重建环境，并且感测结果可以用于增强无线通信中的无线电接入和资源管理的性能。

　　6G网络将能够随时随地提供宽带接入，特别是对偏远地区、飞机、无人机、车辆、船舶等，被称为具有全球无缝覆盖能力的无处不在的应用。

　　目前，全世界有30多亿人没有基本的互联网接入，其中大多数人生活在农村和偏远地区。由于建设地面通信网络的成本很高，电话通信公司很难负担得起。此外，地面网络无法为南极探险队和海洋货轮提供无人居住或海洋区域所需的高速通信。此外，对空中设备(如无人机和飞机)的连接需求也在增加。随着服务融合和部署场景的增加，地面蜂窝网络将与非地面网络(包括高、中、低轨道卫星、高空平台和无人机)集成，构建一个覆盖全球的3D集成网络，为用户提供无处不在的宽带移动通信服务。

　　全球无缝覆盖可以实现随时随地的宽带接入，这意味着为偏远地区、飞机、无人机、车辆和船只提供无处不在的连接。它还可以在陆地网络未覆盖的地区实现广域物联网接入，确保应急通信、作物监测、无人居住地区的濒危动物监测以及海洋浮标和海洋集装箱的信息收集。此外，厘米级定位将实现高精度导航和精确农业。利用高精度的地球表面成像，可以实施紧急救援和交通调度等服务。

　　考虑支持无处不在的应用程序的技术趋势。6G将支持无处不在的无缝移动服务，实现无处不在的连接和对所有用户的全球覆盖。为了实现这一目标，6G网络将整合地面网络、不同纬度(高、中、低轨道)的卫星以及在不同空域运行的飞机，形成一个新的移动信息网络，可以随时随地提供移动服务。具体来说，地面网络可以实现城市热点和大多数农村场景的标准覆盖，而基于空间和空中的网络可以在偏远地区、海上和空中实现按需覆盖，从而实现灵活的网络连接、高弹性和超高可靠性。

　　1.峰值传输速度达到 100Gbps – 1Tbps，而5G仅为10Gpbs；

　　2.室内定位精度达到10厘米，室外为1米，相比5G提高10倍；

　　3.通信时延0.1毫秒，是5G的十分一；

　　4.中断机率小于百万分之一，拥有超高可靠性；

　　5.连接设备密度达到每立方米过百个，拥有超高密度；

　　6.采用太赫兹（THz）频段通信，网络容量大幅提升。

　　另外，从覆盖范围上看，6G无线网络不再局限于地面，而将实现地面、卫星和机载网络的无缝连接，与人工智能、机器学习深度融合，智能程度大幅度跃升；从定位精度上看，传统的GPS和蜂窝多点定位精度有限，难以实现室内物品精准部署，6G则足以实现对物联网设备的高精度定位。

　　中国

• 2018年3月9日，工信部部长苗圩表示中国已经着手研究6G^[4]。

• 2019年11月3日，科技部会同发展改革委、教育部、工业和信息化部、中科院、自然科学基金委在北京组织召开6G技术研发工作启动会。会议宣布成立了国家6G技术研发推进工作组、国家6G技术研发总体专家组^[5]。

• 2019年11月20日，2019世界5G大会获悉，中国联通和中国电信已分别展开6G相关技术研究^[6] 。

• 2021年9月17日，北京市政府新闻办举办“两区”建设一周年成效新闻发布会中，北京将超前布局6G未来网络打造引领全球数字经济高地^[7]。

• 2021年11月16日，工信部发布《“十四五”信息通信行业发展规划》（以下简称《规划》），将开展6G基础理论及关键技术研发列为移动通信核心技术演进和产业推进工程，提出构建6G愿景、典型应用场景和关键能力指标体系，鼓励企业深入开展6G潜在技术研究，形成一批6G核心研究成果^[8]。

• 2021年9月，根据《日经亚洲评论》的报道，从6G专利申请量上来看，中国以40.3％的占比高居全球首位^[9]。

• 2022年8月，阿联酋电信公司与华为一起完成了其首次6GHz频谱试验，这在5G行业诞生以来有着很大的意义，5G技术主要依靠中频频谱来实现安全和长期性能，6GHz 将进一步提高效率^[10]。

• 2023年1月11日，全国工业和信息化工作会议上，中国工业和信息化部提出2023年要抓好十三个方面重点任务，全面推进6G技术研发在内^[11]。 2月12日，从钱塘区召开的第二届智能超表面技术论坛上知悉，一种6G相关技术已在杭州亚运场馆里测试^[12]。

　　国外

• 2018年，芬兰开始研究6G相关技术。

• 2019年3月15日，美国联邦通讯委员会（FCC）一致投票通过开放“太赫兹波”频谱的决定，以期其有朝一日被用于6G服务 。3月24日至26日，芬兰拉普兰举行关于6G的的国际会议。欧盟、俄罗斯等也正在紧锣密鼓地开展相关工作。三星电子公司和LG电子公司都在2019年设立6G研究中心，2020年7月14日三星电子发布了《下一代超连接体验》白皮书^[13]。

• 2020年4月8日，日本总务省发布了2025年在国内确立6G主要技术的战略目标，希望在*2030年实现6G实用化。同年，斯科尔科沃科学技术研究院的科学家们开发了一种技术，并研制出了用于开发俄罗斯第六代通信系统（6G）组件的设备。斯科尔科沃科学技术研究院研制的设备为开发6G系统组件开辟了新的前景，特别是太赫兹到光波段的信号转换器。 第六代领域的研究是在“国家技术倡议”无线通讯技术与物联网能力中心活动框架内进行的。该院在研发过程中依靠的是先进的科学和实验室设施以及与俄罗斯领先公司的生产联系。新设备可允许模拟波长为1.5微米的光辐射，频率为10GHz的电信号^[14]。

• 2021年8月，韩国LG电子于近期成功进行了6G太赫兹频段的无线信号传输测试，测试的距离超过了100米^[15]。

• 2022年7月，俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院(SKOLTECH)和无线电研究所(FSBI NIIR)准备联合研发6G网络技术，该项目将涉及从原型到量产型的开发以及网络通信安全等^[16]。

　　到2030年，社会服务均衡化、高端化，社会治理科学化、精细化等发展需求将驱动6G为人类社会提供全域覆盖、虚实共生的联接能力;技术产业的突破创新、生产方式的转型升级将驱动6G向跨界协同、细智高精的方向迈进，成为推动经济增长的新引擎;环境可持续发展以及应对重大突发性事件的需求将推动6G构筑起横跨天地的网络连接，实现从人口覆盖走向地理全覆盖^[18]。

　　(一)社会结构变革驱动力

　　收入结构失衡要求数字技术提升普惠包容。当今社会，世界贫富差距不断拉大，潜.藏巨大经济社会风险。国际电信联盟提出，要利用信息通信技术促进实现联合国可持续发展目标。大数据、人工智能、全息感知等技术将有效助力在教育、医疗、金融等多方面普惠扶贫措施的落地，是应对世界收入失衡挑战、助.力各群体协同发展、全面提升人类福祉的强大工具。与此同时，全球中产阶级将从2009年近18亿增长到2030年50亿，中产阶级规模扩大推动高品质智慧服务加速普及。全息视频、3D视频、感官互联等应用使生活娱乐方式不再受时间和地点的限制，大大提升人们以自我需求为中心的智能生活以及深度沉浸的全息体验。新一代数字技术将极大地满足人们个性化、高端化的生活需求。

　　人口结构失衡呼唤数字技术提升人力资本及配置效率。当前，全球面临日益严峻的人口年龄结构问题，发达国家正经历老龄化、少子化的严峻挑战，新兴经济体在享受人口红利后，也深陷人口数量放缓和经济稳定增长之间的矛盾。据联合国统计数据，过去七十年间全世界65岁及以上老年人口的比例从5.1%增长到9.1%，世界总和生育率(TFR) 从5.05降至2.45.到2030年，全球人口数量将达到85亿，其中65岁以上的老年人将达到10亿，届时人类社会将进入老龄化时代，直接导致劳动力供给下降。在新一代产业革命与科技变革的驱动下，经济发展将更多依靠人力资本要素而非劳动力绝对数量。一方 面，通过智能化技术与工具的创新运用，将实现对劳动力的智能替代和生产效率的有效提升，全面发展的智能劳动力将会弥补人力不足，无人生产线、无人工厂等一批无人化应用将获得推广普及。另一方面，6G技术通过服务不同群体差异化的需求，将激发在教育、医疗、文娱等领域的革命性创新，促进全球人力资本的提升。

　　社会治理结构变化倒逼社会治理能力现代化。未来社会治理主体将进-步多元化，随着社会治理创新能量的逐步释放，企业、个体等社会力量将通过开放数据资源和生态被激活，政府逐渐不再是社会治理的唯- 主导和执行者，社会治理容量将大大提升。同时治理架构和治理过程将更加扁平化，社会治理体制机制与信息技术手段相互融合、适配，社会管理服务体系呈现全要素网格化发展态势，原有信息传递规则被打破，信息和数据由单中心传播向多中心传播转变，社会治理场景的动态性、复杂性和不可预知性极大增加。在未来更加多元化、扁平化的社会治理结构下实现治理的科学化和精准化，需要通过数字李生赋能社会治理，打破不同领域壁垒、打通不同层级的信息边界，通过虚拟镜像还原物理空间，利用人工智能等技术实时模拟复杂社会事件和动态变化，对科学精准的决策制定和动态实时的事件响应提供有效支撑。

　　（二）经济高质量发展驱动力

　　经济可持续发展需要新技术注入新动能。2008年全球金融危机后，主要经济体全要素生产增长率多年下降，全球经济增长持续放缓，亟需新的技术产业注入新动能，点燃经济持续发展的新引擎。突破传统经济增长范式，推动生产方式向更高质量、更加智能方向转变，是世界经济实现高质量发展的必由之路。到2030年，劳动力主要参与者将不再局限于人与机器，人、机、物都将成为生产者，共同主导跨界协同生产，高精度、高可靠、准实时的信息传输在各类软硬件设备上无缝互通，机、物将具备对人类情感、思想、心理状态等的智能交互感知能力并能开展跨空间的劳动协作。无人生产或人一机物协同生产，以及与大数据、云计算、数字孪生等技术的集成运用，将推动产业全智能化转型，进一步提高生产创新力。

　　服务的全球化趋势要求进一步降低全方位信息沟通成本。全球化是经济发展的助推器，通过全球性的分工协作带来更低的成本和更高的效率。工业革命以来，生产制造和运输物流效率大幅提升，国际分工从最终产品生产转向产品生产中间环节，中间品贸易和大型跨国公司兴起。近年来，新一代信息技术快速发展，使得信息和知识传播的成本持续下降，数据流成为物资流、技术流、资金流和人才流的重要牵引，平台成为集聚资源、推动协同、提升效率、构筑生态的重要组织形式，国际分工从物理世界延伸至数字世界。未来数字李生、全息感知、沉浸式交互等新一代数字技术快速发展将进一步降低人与人、人与机、人与物之间的沟通成本，国际贸易将从货物转向服务、从现实转向虚拟发展，助力国际分工更加协调、产业分布更加合理、生产效率进-步提高。

　　（三）环境可持续发展驱动力

　　降低碳排放、推动“碳中和”要求提升能效、实现绿色发展。是对6G绿色节能提出新的发展要求。2020年9月，中国宣布力争二氧化碳排放于2030年前达到峰值，2060年努力实现碳中和。截至目前，全球已有120多个国家和地区提出碳中和目标，对未来6G等移动通信设施提出更高的能效要求，加速推动产业的节能和绿色化改造。二是高耗能行业的绿色低碳转型亟需6G提供更加精准、高效的数字化管理能力。如电力领域，智能电网的运行态势监测、应急指挥调度等功能要求6G提供更安全、更可靠、更高效的感知和分析能力，助力电力系统提效;建筑领域，“装配式” 建筑工厂"推广、智能制造质量管控与安全监管等要求6G提供更完善的数字化设计体系和人机智能交互能力:工业领域，工厂需借助6G高速率、海量连接的优势推进工业生产全流程动态优化和精准决策，助力工业企业节能减排。

　　极端天气、疫情等重大事件驱动建立更广泛的感知能力和更密切的智能协同能力。一是全球极端气候变化等“绿天鹅”事件频发，催生环境实时精准感知体系和高智能协同调度系统。根据世界气象组织《2020全球气候状况报告》，2020年是有记录以来三个最暖年份之一，洪水、飓风、火灾等给相关国家造成数百亿美元的损失。为更好地满足全方位生态保护、环境可持续发展监测的需求，通信网络要具备超越陆地、跨越海洋的连接能力，使分布在高山、雨林、草原中的传感器智能连接，实现环境生态预防、监测、保护、救援等管理闭环。二是全球蔓延的疫情等重大突发性事件需要跨地区共同应对，对区域协同和资源调度能力提出更高要求。未来为更好地应对重大突发性事件，提高资源利用效率，亟需6G为代表的移动通信技术进一步发挥地海空天全覆盖优势，以更加普惠智能、高效的跨区域协同方式，实现社会资源的密切协同和灵活调度，助力更大范围的密集性动员。

　　当前5G的目标是渗透到社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。但受限标准化时间及相关技术发展的成熟度，在信息交互的空间深度和广度上还有很多不足：当前通信对象集中在陆地地表数千米高度的有限空间范围内;虽然考虑了物联需求，但距离真正无所不在的万物互联还有距离。尤其是随着人类活动范围的快速扩张，众多技术领域的快速进步，对更加广泛多样的信息交互提出了更高的需求。

　　6G目标是满足十年后(2030年~)的信息社会需求，因此6G愿景应该是现有5G不能满足而需要进一步提升的需求。基于5G可以满足的需求，并结合其它相关领域的发展趋势，我们认为6G愿景可以概括为四个关键词：“智慧连接”、“深度连接”、“全息连接”、“泛在连接”，而这四个关键词共同构成“一念天地，万物随心”的6G总体愿景。

• 智慧连接(Intelligent connectivity)

　　人工智能(Artificial Intelligence，AI)是当前最热门的话题之一，几乎各个领域都在探索利用AI技术。无线移动通信网络与AI结合，让AI更好的赋能网络也成为必然趋势[。目前人们已经开始尝试在5G系统中使用AI技术，但当前5G与AI的结合只能算是利用AI对传统网络架构进行优化改造，而不是真正以AI为基础的全新智能通信网络系统。首先，AI技术应用于5G网络的时机相对较晚，最近几年才真正展开研究并尝试把AI技术应用在5G网络，而5G网络架构本身早已定型。尽管5G网络架构设计初期考虑了足够的灵活性(即所谓软件可定义)，但毕竞没有考虑AI技术特点，依然算是传统的网络架构体系。其次，尽管AI技术发展很快，也已在一些领域展现了其强大的能力，但在更多领域依然处于探索阶段，AI与无线通信技术结合研究更是刚起步不久，距离真正技术成熟还需要一个较长期的研究过程。不过AI发展的趋势让我们看到了未来十年其技术成熟的可能性。同时，考虑到未来6G网络结构将会越来越庞大异构，业务类型和应用场景也越来越繁杂多变，充分利用AI技术来解决这种复杂的需求几乎是必然的选择。

　　预期未来6G将会突破传统移动通信系统的应用范畴，演变成为支撑全社会、全领域/行业运行的基础性互联网络。若未来网络依然以现有统一的通信网络框架来支撑6G时代极度差异化的繁杂应用，将会面临着前所未有的挑战。AI技术的新一轮复兴及迅猛发展，为应对上述挑战并超越传统移动通信设计理念与性能提供了潜在的可能性，并将充分赋能未来6G网络。

　　因此，我们认为基于AI技术构建6G网络将是必然的选择，“智慧”将是6G网络的内在特征，即所谓“智慧连接”。“智慧连接”特征可以表现为通信系统内在的全智能化：网元与网络架构的智能化、连接对象的智能化(终端设备智能化)、承载的信息支撑智能化业务。未来6G网络将会面临诸多挑战：更复杂、更庞大的网络，更多类型的终端及网络设备，更加复杂多样的业务类型。“智慧连接”将同时满足两方面的需求：一方面，所有相关连接在网络的设备本身智能化，相关业务也已智能化;另一方面，复杂庞大的网络本身也需要智能化方式管理。“智慧连接”将是支撑6G网络其它三大特性“深度连接”、“全息连接”和“泛在连接”的基础特性。

• 深度连接(Deep connectivity)

　　传统蜂窝网络(也包括即将规模部署的5G网络)已有深度覆盖的概念，主要是优化室内接入需求的深度覆盖。为实现室内深度覆盖，工程中一般采用室外宏基站覆盖室内，或者室内部署无线节点。

　　4G及之前几代的蜂窝网络系统是针对以人为中心的通信需求，深度覆盖针对人员活动的典型室内场景进行优化。经过多代无线通信系统的技术演进及工程经验积累，对人员活动场所的典型室内场景覆盖优化技术已经非常成熟。5G开始，通信对象从以人为中心的通信扩展为同时包括物联通信，即所谓万物互联。因此，5G及未来无线通信网络设计及其部署需要同时兼顾人和物的深度覆盖需求，尤其是物联场景的深度覆盖。人类生产和生活空间不断扩大，信息交互需求的类型和场景越来越复杂。

　　以5G为开端的万物互联将会促进物联网通信需求快速提升，并很可能在未来几年内爆发。相对人员的通信需求，物联网信息交互无论是空间范围还是信息交互类型，都将会极大的扩展。可以预期，未来物联需求将会从几方面快速发展：

　　(1)连接对象活动空间的深度扩展。

　　(2)更深入的感知交互。未来的通信设备及其连接对象将大部分智能化，从而需要更深度的感知、更实时的反馈与响应，如同延伸的人类躯干和四肢;

　　(3)物理网络世界的深度数据挖掘。AI深度学习将会对未来通信网络的数据深度挖掘与利用，同时还包括为支持深度学习而强化的大数据通信需求;

　　(4)深入神经的交互。人机接口(Brain Computer Interface，BCI)等技术的成熟，思维与思维的直接交互将成为可能，一定程度的“心灵感应”将可能变为现实。因此，我们预期十年后(2030年~)的6G系统，接入需求将从深度覆盖演变为“深度连接(Deep connectivity)”，其特征可以概括为如下几点：

　　深度感知(Deep Sensing)：触觉网络(Tactile Internet);

　　深度学习(Deep Learning/AI)：深度数据挖掘;

　　深度思维(Deep Mind)：心灵感应(Telepathy)、思维与思维的直接交互(Mind-to-Mind Communication)。

• 全息连接(Holographic connectivity)

　　AR/VR(Virtual and Augmented Reality)被认为是5G最重要的需求之一，尤其是对5G高吞吐量需求的典型应用之一，5G将能够支持把当前有线或固定无线接入的AR/VR变为更广泛场景的无线移动AR/VR。一旦AR/VR可以更简单方便且不受位置限制的移动使用，将会促进AR/VR业务快速发展，进而刺激AR/VR技术与设备本身的快速发展与成熟。

　　可以预期，十年后(2030年~)，媒体交互形式将可能以现在平面多媒体为主，发展为高保真AR/VR交互为主，甚至全息信息交互，进而无线全息通信将成为现实。高保真AR/VR将普遍存在，全息通信及显示也可随时随地的进行，从而人们可以在任何时间和地点享受完全沉浸式全息交互体验，即实现所谓“全息连接”的通信愿景。当然，若想基于无线通信网络实现全息通信、高保真AR/VR将会面临诸多挑战，一系列文献已经在研究采用AI技术来解决相关问题，即需要“智慧连接”的支撑。“全息连接(Holographic connectivity)”特征可以概括为：全息通信、高保真AR/VR、随时随地无缝覆盖的AR/VR。

• 泛在连接(Ub iquitous connectivity)

　　传统蜂窝网络也有随时随地的无线接入需求。不过如前所述，5G系统开始，相对人员的通信需求，物联网信息交互无论是空间范围还是信息交互类型都将会极大的扩展。物联设备的活动范围将会极大扩展通信接入的地理空间，包括布置于深地、深海或深空的无人探测器，中高空有人/无人飞行器，深入恶劣环境的自主机器人、远程遥控的智能机器设备等。另外，随着宇航、深海探测等领域的科学技术快速发展，在一些极端自然环境下的生存能力提升，人类自身的活动空间也在快速扩展。

　　例如，2030~2040年，也许会有更多人有机会进入外太空，则卫星与地面、卫星之间及与航天器之间的通信需求将会更普遍，而不是现在仅仅局限于少数专业的科学探索领域的特殊通信需求;人类在地面的活动踪迹也会更多的出现在极地、沙漠腹地等;远洋的活动、更多无人岛屿进驻人类。上述通信场景构成十年后(2030年~)更为广泛的“随时随地”连接需求，即实现真正的“泛在连接(Ubiqui tousconnectivity)”，“广阔”的世界也将变得越来越触手可及。“泛在连接”特征可以概括为：全地形、全空间立体覆盖连接，即“空-天-地-海”随时随地的连接，或称为空天地海一体化通信。对比“深度连接”和“泛在连接”，前者侧重连接对象的深度，后者强调地理区域的广度。

　　总结上述四大未来6G愿景，“智慧连接”是未来6G网络的大脑和神经，“深度连接”、“全息连接”和“泛在连接”三者构成6G网络的躯干，从而这四个特性共同使得未来6G网络成为完整的拥有“灵魂”的有机整体。未来通信系统将会在现有5G的基础上进一步发展增强，真正实现信息突破时空限制、网络拉近万物距离，实现无缝融合的人与万物智慧互联，并最终达到“一念天地，万物随心”的6G总体愿景。

• 峰值速率：

　　太比特时代(Terabit Era，Tb/s)提及无线移动通信系统，人们首先要考虑的需求指标是峰值速率，峰值速率是从第一-代无线移动通信系统开始就一直追求的关键技术指标之一。毫无疑问，6G也必将进一步提升峰值速率。从无线通信系统发展规律和6G愿景两个角度分析可知，6G峰值速率可能进入太比特时代(Terabit Era，Tb/s)。首先，我们基于1~5G移动通信系统峰值速率提升的统计规律定量预测十年后(2030年~)的峰值速率需求。基于文献的分析可知，1~5G移动通信系统峰值速率的增长服从指数分布(按照各代系统标准化的时间点计算)。基于峰值速率对应文中表一第二列所示(1~.5G移动通信系统的峰值速率)预测未来十年的发展趋势，可知2030年可能达到Tb/s峰值速率。其次，从6G愿景定性分析可知，至少有两方面的应用需要6G峰值速率大幅度提升：

　　(1)智能化(大数据)的普遍应用，需要海量的数据传输需求，基于大数据的智能化应用可能是触发下一代移动通信系统发展的重要驱动力之一;

　　(2)高保真的AR/VR和全息通信将成为6G必然支持的应用，其所需的数据速率将远超我们目前己知的其他无线应用。.进一步，为达到高保真沉浸式AR/VR，不仅需要Tb/s的峰值速率，还需要较低的交互时延，也即需要高吞吐率与低时延同时保证。另外，随时随地AR/VR意味着任何时间任何地点都希望可以满足高速率需求，也即不仅要求峰值速率，对网络平均速率和覆盖也有极高的要求。

　　总结上述分析可知，6G网络将需要高达Tb/s级别的峰值速率。另外，不同于以往仅要求局部覆盖区域(例如热点区域)的峰值速率需求，6G网络还将要求能够随时随地的享受高速率、低时延的连接需求，这些将是6G网络需要面对的巨大挑战。

• 更高能效(Higher Energy Efficiency)

　　超大规模的移动通信网络已成为世界能源消耗的不可忽视的一部分。它不仅产生巨大的碳排放，而且占据了相当一部分的运营成本。未来6G网络拥有超高吞吐量、超大带宽、超海量无处不在的无线节点，这些将对能耗带来前所未有的巨大挑战。频谱效率提升和频谱带宽增大，吞吐量可以有巨大的提升，但随之而来的能效问题将会更加严重，需要尽可能降低每比特的能量消耗(J/bit)。无所不在、密集充满人类生产生活空间的感知网络传感器，将带来两方面的能耗问题:首先，庞大的数量带来高昂的总能耗;其次，如何方便有效地对无处不在的部署进行供能也是挑战。另外，“智慧连接”中海量数据处理功耗、超大规模天线的处理功耗等场景，也是未来6G网络需要面临的功耗挑战。面对未来6G网络巨大的能源消费压力，绿色节能通信显得尤为重要和迫切。

• 随时随地的连接(Connection Everywhere and Anytime)

　　随着科学技术的进步，人类活动空间将进一步扩大，活动区域更普遍的到达高空、外太空、远洋、深海;通信节点，尤其是物联节点相对人员将遍布更广阔的区域。通信网络已经和人类的社会活动密不可分，未来需要构建一张无所不在(覆盖空天地海)、无所不连(万物互联)、无所不知(借助各类传感器)、无所不用(基于大数据和深度学习)的网络，真正实现随时随地的连接及交互需求。未来通信网络的通信目标应为:任何人(Anyone)在任何时间(Anytime)任何地点(Anywhere)可与任何人(Anyone)进行任何业务(Anyservice)通信或与任何相关物体(Related Objects)进行相关信息(Related Information)交互。

• 全新理论与技术(New Theories and Technologies)

　　为实现6G极具挑战性的愿景，需要新增更多可用频谱资源，同时也需要在一些基础性的理论与技术上有所突破。基于对6G愿景的需求分析，我们认为需要在几个关键方面取得突破，包括全新信号采样机制、全新信道编码与调制机制、太赫兹通信的理论与技术、AI与无线通信结合的技术等。

• 自聚合通信架构(SeIf-Agregating Communications Fabric)

　　几乎每一代3GPP标准都号称可以融合多种技术标准，但最终结果依然还是一个自我封闭的标准系统。尽管3GPP标准希望包打天下，但在万物互联逐渐实现的过程中，我们将不得不面临与其它复杂多样的垂直行业标准和技术融合的问题。为更好支持万物互联及垂直行业应用，6G应该真正可以动态的融合多种技术体系，具备对不同类型网络(技术)智能动态地自聚合能力。虽然5G能够一定程度地适应不同类型的网络(技术)，但还是只能静态或半静态组合方式。6G将需要实现以更加智能灵活的方式聚合不同类型的网络(技术)，以动态自适应地满足复杂多样的场景及业务需求。

• 非技术性因素的挑战(Nontechnical Challenges)

　　未来6G若想顺利落地实现，不仅要面临.上述技术性问题的挑战，也将不得不需要尽力克服诸多非技术因素的挑战，主要涉及行业壁垒、消费者习惯及政策法规问题等。相对5G，6G将会更加全面地渗透到社会生产、生活的各个方面，与其它垂直行业领域的结合也将更加紧密。这意味着移动通信不再局限于自己的领域，需要和其它垂直行业/领域紧密配合。但是，一些传统行业固有的行为方式或利益关系将会对移动通信的进入直接或间接地设置行业壁垒。频谱分配与使用规则是另一个非技术限制因素。

　　例如6G太赫兹频段的使用，一方面需要全球不同国家和地区协调分配，尽可能分配统一的频段范围，同时还需要考虑与该频谱的其它领域使用者协调，例如气象雷达等。卫星通信将面临更多的政策法规限制。首先，卫星通信所用的轨道资源、频谱资源等都需要各国协商解决。

　　其次，相对传统地面通信，卫星通信在全球漫游切换方面.上将面临更多挑战。目前，几个主要国家及一些商业实体都在积极进行卫星通信系统搭建，如何协调这些彼此独立部署的卫星通信系统关系，将是一个极其复杂的问题。另外，移动通信进入众多完全不同特点的垂直行业后，不得不面对差异化极大的用户使用习惯。如何更快速地改造这些千差万别的垂直行业用户固有思维方式和习惯，尽快适应全新的行为方式与规则，将是一个极具挑战的问题。6G网络最终将提供每秒太比特速率，支撑十年后(2030年~)平均每人1000+无线节点的连接，并提供随时随地的即时全息连接需求。

　　未来将是一个完全的数据驱动的社会，人与万物被普遍地、近乎即时(亳秒级)地连接，构成一个不可思议的完全连接的乌托邦世界。