孟繁科

導讀：5G的上馬即預示著6G已進入研發(fā)視野。從1G到4G，連接目標是人與人的移動通信；5G的連接目標是實現(xiàn)人、機、物三者的互聯(lián)。6G更進一步，是要實現(xiàn)人、機、物的智聯(lián)。這就意味著，6G勢必是多種技術、模態(tài)、頻譜與場景的融合。

實際上，5G的上馬就預示著6G已進入研發(fā)視野。例證就是，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信、中國廣電是在2019年6月6日獲得的5G商用牌照。在那一年的3月，全球首個6G峰會就在芬蘭召開了。同一年1月的拉斯維加斯消費電子展上，美國科技企業(yè)已在展望6G概念了。

6G投入商用的時間預計在2030年。

2021年9月16日到17日，中國IMT-2030(6G)推進組召開了第一次6G公開研討會。

2022年1月國務院發(fā)布的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》明確提出，“前瞻布局第六代移動通信（6G）網(wǎng)絡技術儲備。”

2023年3月的全球6G技術大會，則將6G技術這一未來通訊技術推向前臺。當然，并不是只有處于6G研發(fā)領先位置的中國，世界各國都在快速跟進6G技術的研究布局。如美國組建了NextG聯(lián)盟；歐盟啟動了HEXA-X項目；日本政府提出Beyond5G以及6G發(fā)展路線圖；韓國計劃在2025年之前投資2200億韓元研發(fā)6G技術，并預計2028年在全球范圍內(nèi)率先實現(xiàn)6G商用。

在今年6月4日的第31屆中國國際信息通信展覽會開幕論壇上，工信部部長金壯龍?zhí)岢觯谔嵘?G高質量的同時，前瞻布局下一代互聯(lián)網(wǎng)等前沿領域，全面推進6G技術研發(fā)。

2023年6月12日-22日的國際電信聯(lián)盟無線電通信部門5D工作組（ITU-R WP 5D）第44次會議透露，國際電聯(lián)如期完成了《IMT面向2030及未來發(fā)展的框架和總體目標建議書》。該建議書作為6G綱領性的文件，匯聚了全球6G愿景共識，描繪了6G目標與趨勢，提出了6G的典型場景及能力指標體系。

從1G到4G，連接目標是人與人的移動通信；5G的連接目標是實現(xiàn)人、機、物三者的互聯(lián)。6G更進一步，是要實現(xiàn)人、機、物的智聯(lián)。

這就意味著，6G勢必是多種技術、模態(tài)、頻譜與場景的融合。因此，筆者認為6G的突出特性之一是融合。

也就是說，6G將把通信、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術相結合，通過對“空”、“天”、“地”、“海”等多個物理空間的有效整合，并構成嶄新的架構體系，形成完整的6G網(wǎng)絡。

6G的多頻譜融合趨勢

頻譜作為寶貴資源，6G的新頻譜技術已成為亟待解決的問題。

為滿足高速率、大數(shù)據(jù)傳輸要求，6G將向多模式、多頻率、多頻段方向發(fā)展，以滿足多種應用場合的需要。為此，6G將著重研究多模態(tài)多頻譜通信技術，包括高頻（100 GHz）與低頻（50 GHz）相融合，短波與中波相融合，以及微波與可見光相融合等新系統(tǒng)、新功能、新協(xié)議。

6G將采用多個不同頻譜的多個天線，提高6 G的頻譜利用率，提高6G的網(wǎng)絡容量。6G需要新的傳輸方式、新的體制、新的通信協(xié)定，來提高網(wǎng)絡的頻譜利用率，提高網(wǎng)絡的容量，如采用毫米波/太赫茲（THz/Zigzag）技術，進一步提高頻譜利用率。因為移動通信網(wǎng)絡需要更多的頻譜資源，但6GHz以下的頻譜資源絕大部分已分配完畢，26GHz、39GHz的毫米波頻段也已經(jīng)分配給5G使用，那么就需要研究開發(fā)利用更高頻段的資源，如THz和可見光。由于要求更高的業(yè)務支撐能力和服務響應速度，多頻譜融合組網(wǎng)應是一種不可避免的選擇。

有人提出6G要全頻段融合，似乎是不合時宜。主要是成本太高，缺少現(xiàn)實的合理性。全頻譜融合很難實現(xiàn)不說，頻譜過多又過于復雜。合理的辦法是，有選擇的融合，只要滿足需求，不必是超高寬帶，要兼顧效能，是否將Sub6G和以下的頻段，或者毫米波的低頻段，作為6G頻率的主要方向，仍需要探討，但全頻譜融合似無必要。衛(wèi)星通信的成熟以及廣覆蓋是6G的重要部分，與衛(wèi)星通信的頻譜融合也是必須解決的問題。我國要從制造大國向制造強國邁進，6G的工業(yè)應用必須發(fā)揮舉足輕重的作用，不管頻譜資源多緊張，都應該考慮為6G的工業(yè)應用分配專用頻率，這與多頻譜融合并不矛盾。

要實現(xiàn)多頻譜融合就要開發(fā)技術融合的新架構。在新架構下，挖掘低頻譜潛力的同時，6G網(wǎng)絡將向更高的頻段擴展，增大帶寬，比如10 GH以下頻段，為用戶提供基礎網(wǎng)絡覆蓋，提升基礎服務能力。然后，融合毫米波、太赫茲、可見光等，滿足超高速率、超大容量需求。其中，可見光頻譜范圍為430-790 THz （波長380-750 nm)，即存在400 THz左右的候選區(qū)，而太赫茲頻譜范圍為0.1-10 THz （波長30-3000 nm)，即存在10 THz左右的候選區(qū)，二者均具備較大的帶寬優(yōu)勢，且容易實現(xiàn)超高速通信，是對未來無線通信技術的重要補充。

任何頻譜都有各自的優(yōu)勢與劣勢，融合是彌補劣勢發(fā)揮優(yōu)勢的最好選擇。太赫茲具有低功耗、低成本、易于部署等優(yōu)點，將其與可見光通信的優(yōu)點，如廣泛性、高速率、寬頻譜、低成本、高保密、無電磁污染、頻譜無需授權等優(yōu)點相融合，通過超稠密部署來提高網(wǎng)絡覆蓋率。太赫茲通信具有較短的波段、較小的陣列面積和較低的發(fā)射功率，更適宜與超大口徑的陣列相組合，構成更窄的波段、更強的指向性、更強的 THz波段，從而實現(xiàn)對信號的有效壓制，增加信號的傳輸范圍。彌補可見光通信信號易被切斷、存在碼間干擾等問題。

因此，多頻譜對融合對網(wǎng)絡的智能化和高效性提出了更高要求。一是隨著毫米波、太赫茲和可見光等高頻段的融合，網(wǎng)絡體系結構與5G相比會改變，導致網(wǎng)絡干擾場景更加復雜，網(wǎng)絡運行和維護更加復雜。二是多頻譜融合雖然可以實現(xiàn)各頻段的動態(tài)互補性，從而提高網(wǎng)絡的整體服務質量和頻譜利用率，但要降低能耗和成本，還必須建立一套智能的增強機制。三是多頻譜融合對網(wǎng)絡終端容量的要求會越來越高，必須對網(wǎng)絡中各種網(wǎng)絡環(huán)境下網(wǎng)絡終端容量的需求進行深入研究。

6G網(wǎng)絡為適應高速、大容量的要求，很有可能將多模多頻、多頻段的技術應用于不同的應用場合，以實現(xiàn)更高的頻譜效率和更大的系統(tǒng)容量。研發(fā)6GHz以下、毫米波、太赫茲和可見光等多個波段的深度融合技術，實現(xiàn)各波段的動態(tài)互補性，從而提高整個網(wǎng)絡的服務質量和降低網(wǎng)絡能量消耗，是重點方向。

近期，工信部首次在世界范圍內(nèi)對5 G/6 G網(wǎng)絡進行6 GHz頻帶劃分，也有這方面的意義。

6G的網(wǎng)絡架構融合趨勢

6G網(wǎng)絡體系結構的融合主要表現(xiàn)為：網(wǎng)絡的使用者層面與網(wǎng)絡的控制層面的融合，網(wǎng)絡功能層與網(wǎng)絡應用層的融合。

6G將會劃分成五個層次，分別是：地表無線接入層、空天地海融合接入層、星地融合傳輸層、全網(wǎng)智能管理層、全業(yè)務應用層，而全業(yè)務應用層則會覆蓋大量的實體應用，包括物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等前沿技術。

6G將打破現(xiàn)有體系結構的局限，建立更加開放的新一代移動互聯(lián)體系結構，充分發(fā)揮云部署、云邊協(xié)同、軟件定義等特點，以滿足無所不在的互聯(lián)與無縫隙的接入需求。6G的網(wǎng)絡體系結構使其與服務要求的深度結合，并將出現(xiàn)'云-管-邊-端'的集成發(fā)展態(tài)勢。6G將走向智能互聯(lián)，并將出現(xiàn)“云網(wǎng)邊”三位一體的發(fā)展態(tài)勢。

6G的“云-管-邊-端”集成體系結構，是為滿足不同的業(yè)務需要。在這種體系結構下，“云”既為用戶提供了運算和儲存兩種服務；在邊界端，完成對實體的資源進行有效的調度，并進行智能化的決策，并可以進行分散的控制與協(xié)作；在終端端，可以進行多模式的終端設備管理。

6G與工業(yè)領域的深度融合，將構成一個全新的智能計算與控制體系結構。

6G多應用場景與服務多樣化、個性化的要求，其結構將更加具有彈性和快速重構性。

一方面，以共享的硬件資源為基礎，網(wǎng)絡將對應的網(wǎng)絡和空口資源為目標，為不同的用戶分配不同的業(yè)務，從而實現(xiàn)端到端的按需服務。在為客戶提供最好服務的同時，還可以讓他們之間的資源共享達到最大程度，從而達到提高資源利用率，減少網(wǎng)絡構建的費用；另一方面，該網(wǎng)絡具有極小的網(wǎng)絡結構和靈活可伸縮的特點，為后續(xù)網(wǎng)絡的維護、升級和優(yōu)化帶來巨大便利，從而進一步降低運營商的網(wǎng)絡運行費用。此外，針對6 G智能內(nèi)生性的特點，也對網(wǎng)絡提出了更高的計算能力和可擴展性。

軟件化和開源化趨勢將為6G網(wǎng)絡架構融合提供技術基礎。隨著軟件無線電（SDR）、軟件定義網(wǎng)絡（SDN）、云化、無話、開放硬件等技術的成熟，電信基礎設施的升級更加便利。同時，隨著硬件白盒化、模塊化、小型化、軟件開源化，本地化和自主式的網(wǎng)絡架構融合也將越來越容易。

同樣，隨著人工智能與GPT的發(fā)展，融合無界的自動化網(wǎng)絡將成為現(xiàn)實。可以動態(tài)選擇不同類型的無線接入方式，根據(jù)需求自動配置網(wǎng)絡資源，自動提出網(wǎng)絡規(guī)劃建議等成為可能。也就是說網(wǎng)絡本身就是智能的，網(wǎng)絡構架甚至是按需調整的，從而滿足網(wǎng)絡敏捷性需求。

6G的空天地海融合趨勢

在對用戶的體驗速率進行大幅提升的同時，6G還要滿足飛機、輪船等不同空間的網(wǎng)絡服務需求，保證快速移動的地面車輛、高鐵等終端的信號不間斷與服務連續(xù)性，并為即時搶險救災、環(huán)境監(jiān)測、森林防火、無人區(qū)巡檢、遠洋集裝箱信息追蹤等大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設備的部署提供支撐，從而達到人煙稀少地區(qū)的低成本覆蓋等。所以，6G將會以太空、深山、海洋、陸地為基礎，建立一套完整的無線通訊系統(tǒng)，以達到“泛在覆蓋”的效果。

空-天-地-海一體化融合網(wǎng)絡，由各種軌道衛(wèi)星組成的天基、由各種空中飛行器組成的空中、由衛(wèi)星地面站、常規(guī)地表網(wǎng)絡和海上行駛的輪船以及島嶼、移動非移動海上平臺組成。它擁有覆蓋范圍廣、可靈活部署、超低功耗、超高精度和對地表災難的抵抗力。

以6 G為導向的空天地海融合網(wǎng)絡，將衛(wèi)星通信網(wǎng)絡視為陸地通信網(wǎng)絡的重要補充和擴展，并將二者進行了深度融合，從而使用戶空口接入能力和立體覆蓋能力得到明顯提升。在此基礎上，利用空間與空間協(xié)同調度和空間與空間的無縫互聯(lián)，實現(xiàn)對空間與時間的“零距離”協(xié)同管理，保證空間與時間上的“零感知”一致，保障空間與空間之間的彈性和資源的“綠色化”。

目前，天地一體的空間與時間共融的通訊模式主要有三種：一是地基上的通訊；二是空中的中繼通訊；三是天基（包括天基通訊、陸基中繼）移動通訊。

地基通信衛(wèi)星是連接陸基和天基的重要紐帶，可為客戶提供高質量的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務，可有效拓展無線網(wǎng)絡的覆蓋面，并可節(jié)約運營費用。中高緯中繼衛(wèi)星作為低地球空間中的一種主要構成，可實現(xiàn)遠距離、大范圍的通信，可在遠海、遠洋等領域發(fā)揮重要作用。天基蜂窩通信（包括天基蜂窩通信、天基蜂窩群組通信和天基基站）是空基網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡連接的關鍵技術。

要實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)、遠程醫(yī)療等應用的全覆蓋無盲點，5G的缺陷要由6G彌補。

通過將衛(wèi)星通信融合到6G，可以讓網(wǎng)絡信號抵達任何一個偏遠的鄉(xiāng)村，讓深處山區(qū)的病人能接受遠程醫(yī)療，讓孩子們能接受與一線城市教育質量一般無二的遠程教育。同時，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電信衛(wèi)星系統(tǒng)、地球圖像衛(wèi)星系統(tǒng)和6G地面網(wǎng)絡的如融合下，地空全覆蓋網(wǎng)絡還能幫助人類預測天氣、快速應對自然災害等。

6G的多技術融合

6G將融合5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等多領域技術，提高6G網(wǎng)絡的傳輸效率與用戶的網(wǎng)絡使用體驗。比如，6G中的人工智能技術，不但可以實現(xiàn)網(wǎng)絡感知、自主學習和自主決策，還可以利用深度學習和學習算法，對大量的數(shù)據(jù)進行分析和處理，進而為用戶提供智能化的服務。與之類似，大數(shù)據(jù)技術可以存儲、計算、分析海量數(shù)據(jù)，為用戶帶來智慧的服務。

在此基礎上，結合云計算技術，實現(xiàn)6 G移動通信中的“云邊協(xié)同”、“云管端協(xié)同”、“云智協(xié)同”，以提升網(wǎng)絡效率，提升用戶體驗。

6G不僅是移動通信、計算機、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術（ICDT）相結合的產(chǎn)物，而且正向DOICT演進，打造新的網(wǎng)絡底座，即通過CT技術來簡化現(xiàn)場網(wǎng)組網(wǎng)；通過OT技術，與工業(yè)協(xié)議深度協(xié)同實現(xiàn)高可靠性；通過DT技術實現(xiàn)智能化，閉環(huán)保障低時延體驗；通過IT技術使能更多工業(yè)應用，降低建設成本，實現(xiàn)靈活組網(wǎng)。

“數(shù)字孿生，智慧無處不在”，要求從信息收集、傳輸、計算和應用等多個方面進行“終端到終端”的融合設計。信息與通信技術的深度融合促進了全維度的可確定性，這是實現(xiàn)靈活通信的前提。物聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的深度融合，將促進人工智能和大數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中的全面滲透，為智慧互聯(lián)網(wǎng)奠定堅實的理論和實踐基礎。分布式信息與信息技術的深度融合促進了確定性網(wǎng)絡的發(fā)展，是實現(xiàn)自動控制和數(shù)字孿生的關鍵技術?；诖髷?shù)據(jù)流，分布式ICT實現(xiàn)“云”“網(wǎng)”“邊”“端”“業(yè)”的深度融合，通過“區(qū)塊鏈”等技術構建信任環(huán)境，提高多方資源的使用效率，實現(xiàn)云端、網(wǎng)絡、終端、服務等多層次的融合。

6G的感知-通信-計算融合趨勢

隨著6 G的發(fā)展，“感知、通信與計算”將深度融合。

6G將利用多種傳感器（如：可見光、紅外、激光、雷達等），對周圍環(huán)境進行全面的感知，具有環(huán)境監(jiān)測、危險探測、物體定位等多種應用。

6G網(wǎng)路將以多種通信手段，與無人機、智能機器人、衛(wèi)星等設備進行通信。

6G將利用多種計算技術為基礎，以云計算、人工智能等為代表，為現(xiàn)實生活中的各類設備提供一種全新的計算方式。云計算通過服務器、存儲等方式向客戶提供信息、應用等方面的服務；人工智能通過機器學習和深度學習等技術對各種設備進行操控。

感知-通信-計算融合對信息采集與信息計算同時進行端到端的信息處理，將打破終端進行信息采集、網(wǎng)絡進行信息傳遞、云端進行計算的煙囪式信息服務架構，滿足用戶無人化、浸入式和數(shù)字孿生等感知通信計算高度耦合業(yè)務的技術需求。

感知-通信-計算一體化具體分為功能協(xié)同和功能融合兩個層次。在功能協(xié)同框架中，感知信息可以增強通信能力，通信可以擴展感知維度和深度，計算可以進行多維數(shù)據(jù)融合和大數(shù)據(jù)分析，感知可以增強計算模型與算法性能，通信可以帶來泛在計算，計算可以實現(xiàn)超大規(guī)模通信。

6G將通過信息的傳感提升通信能力；通過通信傳感拓展通信的維度與深度；通過計算傳感進行多維數(shù)據(jù)的融合與大數(shù)據(jù)的分析。同時，提升計算的模型與方法、通信的泛在性以及超大規(guī)模通信。

“傳感-通訊-計算”融合的應用領域主要有：“無人服務”、“浸入服務”等。具體包括：無人服務的 Agent交互與協(xié)作機器學習；沉浸式服務的 XR感知與繪制；全息通信的感知與建模展示；數(shù)字孿生服務的感知、建模與控制；健康網(wǎng)絡的人員監(jiān)測、人體參數(shù)感知與干預等。

基于感知、通信、計算相融合的6G包含了三個層次：資源層、能力層和應用層。資源、能力與服務三位一體，實現(xiàn)資源共享、能力共享。

6G將與5G融合，構建“5G+6G”通信系統(tǒng)，并為人們提供一種嶄新的通信方式。