
相比传统无线通信系统,第六代移动通信系统(6G)网络体系更加异构,技术集成更加复杂,业务类型更加多样,应用场景更加丰富,运营模式更加分散灵活。6G有望以万物智联的方式实现物理世界、数字世界和社会生活的深度融合,势必引发经济社会运行模式的深度调整。包括美国、欧盟在内的世界主要经济体均高度关注6G技术,超前布局研发和应用示范,以期在未来科技竞争中取得先发优势。了解欧美国家相关政策动向和技术进展,对于完善中国移动通信研究布局具有重要参考借鉴意义。
第六代移动通信系统(the sixth generation mobile communication system,6G),是支持宽带蜂窝数据网络的新一代无线移动通信技术、网络和标准体系的统称。相比5G及更早版本的移动通信系统,6G将更好实现通信、计算、感知能力的集成。一般认为,6G技术将不仅在带宽利用率、数据传输和应用支持方面取得巨大进步,其网络体系更加异构,技术集成更加复杂,业务类型更加多样,应用场景更加丰富,运营模式更加分散灵活。如6G最终能够以“万物智联”的方式实现物理世界、数字世界和社会生活的深度融合,其强大的社会基础使能功能和技术集成能力,也将深度改变技术发展与社会进步的互动方式,势必引发经济和社会运行模式的调整,进而成为地缘政治竞争方面关注的重点之一。
一、6G将深度影响信息技术发展和产业竞争态势
按照国际电信联盟(ITU)的规划和移动通信标准组织第三代合作伙伴计划(3GPP)等的预测,6G预计在2030年前后形成商用体系,目前尚在需求定义与演进准备阶段。在这一重要时间窗口期,学术界、产业界积极行动,努力创新理论体系、丰富技术供给,并积极推动标准化工作。
1.1 6G的经济社会功能使其受到各方高度关注
自20世纪80年代开始,移动通信技术平均每10年更新一代。6G作为新一代通信技术体系,较以往通信系统已发生很大变化:
一是网络性能指标更高。6G系统将具有更加泛在的接入连接、更大的传输带宽、更低的端到端通信时延、更高的可靠性和更智能、更安全、更节能等特点,支持空天陆海一体化覆盖,需要强大的底层技术支撑。能否构建完善的6G网络架构,直接体现了一个经济体在信息领域的科技水平和创新能力。
二是驱动技术更多元。6G发展除了通信技术进步自身的驱动外,还将融合边缘计算、人工智能、元宇宙、感知互联、数字孪生等计算技术和信息技术要素。这些技术相互交织嬗变,将催生新的技术增长点,带来更大的科技进步空间。
三是应用场景更丰富。按照3GPP预测,6G除支持增强型移动宽带、超高可靠超低时延、海量机器通信升级版等传统场景外,还将在通信感知一体化和普遍智能等方向部署应用,融入并加速农业、工业、交通、医疗、教育等各垂直行业数字转型进程,形成新业态、新服务和新的经济增长点。
因此,主要经济体和全球学术界、产业界对6G发展报以极大热情,使其成为新的全球科技热点之一。
1.2 6G关键需求已成为全球理论研究和技术创新的前沿
6G传统应用场景主要承接自5G系统的增强型移动宽带通信(eMBB)、超高可靠性低时延通信(URLLC)、海量机器通信(mMTC)等3种模式,并在速度、容量、可靠性和智能化等方面实现升级,因此被称为增强型移动宽带(eMBB+)、超高可靠性超低时延通信升级版(URLLC+)、海量机器通信升级版(mMTC+)(或2.0版本)。图1汇总了6G主要应用场景和关键技术指标。这些复杂多样的应用需求对6G关键支撑技术及其背后的信息通信理论都提出了新的挑战:
一是在无线频谱利用方面,太赫兹频段、毫米波频段以及6GHz频段可能被广泛应用于6G场景,对太赫兹通信、可见光通信、动态频谱共享等提出更高技术要求。
二是在硬件基础方面,需要更强基带处理能力、更好射频响应能力和更高能量利用效率的芯片及其相关制程与工艺上的突破。
三是在通信容量方面,每秒100Gbps~1Tbps的峰值速率要求在信道编码及调制解调、智能多输入多输出(MIMO)天线、通信感知兼容的无线接入架构等底层共性技术方面进行大尺度创新。
四是在超大规模覆盖方面,需要对星地协同网络架构、星间链路方案选择、天基信息处理、卫星系统互联等技术进行深入研究。
五是在网络安全与运维方面,涉及大规模深度机器学习、量子加密、区块链技术与无线通信系统的融合集成设计与真实场景实用探索。由此产生的许多新理论和新技术有望引领未来的科学研究热点和前沿。