唐雄燕，李福昌，張忠皓，馬靜艷，劉秋妍

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院，北京 100048）

0 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求與發(fā)展趨勢(shì)

以5G為代表的信息技術(shù)已全面滲透到各行各業(yè)，隨著用戶的需求不斷演進(jìn)，更優(yōu)質(zhì)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，更多垂直行業(yè)業(yè)務(wù)的拓展，都將驅(qū)動(dòng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)不斷向前發(fā)展。對(duì)于個(gè)人用戶而言，未來業(yè)務(wù)需要對(duì)消費(fèi)者的社會(huì)活動(dòng)和生活體驗(yàn)帶來更深層次的改變，包括無人駕駛、全息、用于健康監(jiān)測(cè)的新型穿戴、虛擬互動(dòng)等新型業(yè)務(wù)全面落地；更具情境感知的體驗(yàn)增強(qiáng)，視覺、溫度、氣溫及動(dòng)作感知融入到日常應(yīng)用，使用戶得到無感知的安全保障；數(shù)字貨幣、家庭機(jī)器人等社會(huì)演進(jìn)帶來的業(yè)務(wù)升級(jí)等。對(duì)于行業(yè)用戶而言，隨著垂直行業(yè)不斷數(shù)字化升級(jí)，新型業(yè)務(wù)場(chǎng)景將持續(xù)涌現(xiàn)，如倉(cāng)儲(chǔ)物流的大規(guī)模機(jī)器人、無人機(jī)的使用，工業(yè)界數(shù)字孿生、全息圖、確定性控制等極致網(wǎng)絡(luò)連接需求，都將會(huì)給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來挑戰(zhàn)。因此，行業(yè)應(yīng)用及業(yè)務(wù)需求將推動(dòng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)持續(xù)向下一代演進(jìn)，使得網(wǎng)絡(luò)性能不斷升級(jí)、優(yōu)化和演進(jìn)，具備更廣維度的極致網(wǎng)絡(luò)能力。

（1）6G聯(lián)通新生活

6G將更加側(cè)重于以人類個(gè)性化需求為中心，滿足個(gè)人用戶生活、環(huán)境和精神層面等各方面要求。6G將會(huì)向智能移動(dòng)通信2.0階段邁進(jìn)，進(jìn)而推動(dòng)人類社會(huì)從“萬物互聯(lián)”演變?yōu)椤叭f智互聯(lián)”，形成真正意義上的智慧互聯(lián)時(shí)代。

為了應(yīng)對(duì)未來個(gè)人用戶對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)需求，6G時(shí)代的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需要變得更智能、彈性和安全。網(wǎng)絡(luò)需要具備自主學(xué)習(xí)能力，可以根據(jù)用戶實(shí)際的情境感知信息、業(yè)務(wù)體驗(yàn)和個(gè)性化需求，進(jìn)行智能化決策和自適應(yīng)組網(wǎng)。6G網(wǎng)絡(luò)從感知資源層，到功能控制層，再到服務(wù)應(yīng)用層將存在無處不在的分布式計(jì)算和智能內(nèi)生能力。

利用人工智能技術(shù)的強(qiáng)大算力和創(chuàng)新模型架構(gòu)，具備以人類需求為中心、結(jié)合多元知識(shí)進(jìn)行類腦智能訓(xùn)練與推理的能力。從現(xiàn)階段語音識(shí)別、圖像識(shí)別和機(jī)器翻譯等初級(jí)智能應(yīng)用，向全自動(dòng)駕駛、無人快遞、精準(zhǔn)醫(yī)療和自動(dòng)欺詐檢測(cè)等人類社會(huì)所需要的高級(jí)智能應(yīng)用演進(jìn)。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，6G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)有望支持除聽覺、視覺外的觸覺、味覺、嗅覺甚至是情感、意念的感知能力，人與機(jī)器可能實(shí)現(xiàn)深度連接，向個(gè)人用戶提供前所未有的服務(wù)和應(yīng)用。6G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)面向萬智互聯(lián)，將形成具備一定自我意識(shí)的智能移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，與人類生活深度融合，共同演進(jìn)，進(jìn)入全新階段。

（2）6G聯(lián)通新生產(chǎn)

2030智能信息社會(huì)將通過近乎即時(shí)和無限制的全無線連接實(shí)現(xiàn)高度數(shù)字化、智能化和全球數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，6G將是實(shí)現(xiàn)這一藍(lán)圖的關(guān)鍵推動(dòng)因素。6G網(wǎng)絡(luò)將需要近乎實(shí)時(shí)地處理海量數(shù)據(jù)，支持極高吞吐量和極低延遲，實(shí)現(xiàn)泛在連接和全域覆蓋，并集成包括傳感、通信、計(jì)算、緩存、控制、定位、雷達(dá)、導(dǎo)航和成像等在內(nèi)的所有功能，支持垂直行業(yè)應(yīng)用。6G網(wǎng)絡(luò)將：

1）為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供確定性網(wǎng)絡(luò)通信。

2）增強(qiáng)5G垂直行業(yè)應(yīng)用，例如大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)和全自動(dòng)車輛。

3）基于人工智能的各類系統(tǒng)部署于云平臺(tái)、霧平臺(tái)等邊緣設(shè)備，并創(chuàng)造數(shù)量龐大的新應(yīng)用。

4）在人工智能理論、新興材料和集成天線相關(guān)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，6G的長(zhǎng)期演進(jìn)將產(chǎn)生新突破，甚至構(gòu)建新世界。

5）工業(yè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的能力，通過全息和數(shù)字孿生等技術(shù)形成真實(shí)物理世界與數(shù)字虛擬世界的同步交互。

整體來看，6G網(wǎng)絡(luò)將極大地改變和促進(jìn)行業(yè)的技術(shù)革新和發(fā)展，進(jìn)而對(duì)人類生產(chǎn)方式產(chǎn)生重要影響。

（3）6G聯(lián)通新世界

6G網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的目標(biāo)將不再僅僅是數(shù)據(jù)傳輸性能，而是向空天地海外太空、全維度感知世界和網(wǎng)絡(luò)空間不斷延伸，使網(wǎng)絡(luò)不斷向更智能、更安全和更靈活使能，為人類提供無處不在、無時(shí)不在、無人不在和無事不在的信息基礎(chǔ)設(shè)施。同時(shí)，隨著人工智能理論和技術(shù)不斷創(chuàng)新變革，其將會(huì)與通信網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)作賦能，共同進(jìn)化，成為6G移動(dòng)通信不可分割的一部分。

對(duì)于6G來說，將人、人工智能、流程、數(shù)據(jù)和事物結(jié)合在一起使得網(wǎng)絡(luò)連接變得更加相關(guān)和更有價(jià)值。6G將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實(shí)現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)。屆時(shí)，智慧城市、智慧社會(huì)、智能家居等都將得到進(jìn)一步發(fā)展；6G時(shí)代還有望提供基于家庭的ATM通信系統(tǒng)、衛(wèi)星到衛(wèi)星直接通信、海上到空間通信，提供家庭自動(dòng)化、智慧家庭/城市/村落、防衛(wèi)、災(zāi)害防治以及其他相關(guān)應(yīng)用。

未來數(shù)字化世界的進(jìn)化趨勢(shì)包括聯(lián)接場(chǎng)景化、泛智能化、感官極限化、網(wǎng)絡(luò)需求波動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)兩極化等。通過6G對(duì)整個(gè)數(shù)字化世界賦能，基于新材料、新器件和量子物理提供的新工程技術(shù)，數(shù)據(jù)得以在云網(wǎng)邊端之間匯聚、流動(dòng)、分發(fā)和處理，形成一個(gè)以6G網(wǎng)絡(luò)、芯片、終端、軟件平臺(tái)等元素組成的數(shù)字化世界。在6G通信世界中，關(guān)鍵使能技術(shù)將共生共存并共同融合發(fā)展，尖端技術(shù)的深度融合和反復(fù)迭代將實(shí)現(xiàn)更大的商業(yè)價(jià)值。

1 6G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的代際更替過程中，以上一代網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過重構(gòu)或優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議方案，可以取得網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的不斷提升；同時(shí)依據(jù)潛在的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，內(nèi)生性引入新興的技術(shù)方案，可以有效增加網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系的衡量維度。

未來6G時(shí)代的通信業(yè)務(wù)應(yīng)用，例如全息通信、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)等，對(duì)數(shù)據(jù)速率、時(shí)延和連接數(shù)等網(wǎng)絡(luò)KPI的需求與5G相比可能呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)。對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)的延續(xù)性能力指標(biāo)，如速率、頻譜效率、流量密度、連接密度、時(shí)延與可靠性、移動(dòng)性、系統(tǒng)帶寬以及系統(tǒng)能效等，6G網(wǎng)絡(luò)需要結(jié)合新愿景和新需求進(jìn)行全面增強(qiáng)。6G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系典型指標(biāo)如表1所示。

表1 6G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系典型指標(biāo)設(shè)計(jì)

（1）速率指標(biāo)：典型速率衡量指標(biāo)包括小區(qū)級(jí)上行峰值速率、下行峰值速率以及用戶級(jí)體驗(yàn)速率指標(biāo)，6G網(wǎng)絡(luò)支持毫米波、太赫茲頻段通信，速率指標(biāo)可以提升到5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)十倍以上。

（2）頻譜效率指標(biāo)：典型衡量指標(biāo)包括小區(qū)級(jí)上行峰值頻譜效率、下行峰值頻譜效率、平均頻譜效率以及用戶級(jí)體驗(yàn)頻譜效率，單流業(yè)務(wù)6G網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率指標(biāo)需要有進(jìn)一步提升。

（3）流量密度：通過在更高頻段支持更大的系統(tǒng)帶寬，6G網(wǎng)絡(luò)容量將急劇提升，而高頻系統(tǒng)覆蓋面積將降低，因此，6G網(wǎng)絡(luò)支持的流量密度能力需要提升到5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)十上百倍。

（4）連接密度：6G網(wǎng)絡(luò)支持陸地、海洋及天空的全域連接，二維空間到三維空間的連接提升以及連接終端的增長(zhǎng)需要6G網(wǎng)絡(luò)的連接密度相比5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升。

（5）時(shí)延與可靠性：6G網(wǎng)絡(luò)需要支持更精細(xì)粒度的空口調(diào)度時(shí)間間隔，6G網(wǎng)絡(luò)硬件需要進(jìn)一步提升處理能力，在5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，保障相同業(yè)務(wù)可靠性的情況下，6G網(wǎng)絡(luò)的空口時(shí)延需要進(jìn)一步降低，單次業(yè)務(wù)包傳輸?shù)目湛谧畹蜁r(shí)延需要降低到百微秒級(jí)以下。

（6）移動(dòng)性：6G網(wǎng)絡(luò)需要支持高鐵、飛機(jī)等交通工具運(yùn)行狀態(tài)下的用戶連接，支持用戶移動(dòng)速度需要達(dá)到1 000 km/h以上。

（7）系統(tǒng)最大帶寬：6G網(wǎng)絡(luò)支持毫米波、太赫茲頻段部署，支持單載波或者多載波聚合情況下的系統(tǒng)帶寬需要達(dá)到1 GHz以上。

（8）系統(tǒng)能效：6G網(wǎng)絡(luò)能效需要支持有負(fù)載場(chǎng)景下的高效的數(shù)據(jù)傳輸，支持無負(fù)載場(chǎng)景下的低能耗運(yùn)行，因此，相比5G網(wǎng)絡(luò)，在支持系統(tǒng)休眠的基礎(chǔ)上，支持更靈活休眠態(tài)與激活態(tài)調(diào)整以及更低的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)延是衡量6G網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)能效的重要指標(biāo)之一。

從智能內(nèi)生的能力衡量維度來看。6G網(wǎng)絡(luò)將在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和協(xié)議棧設(shè)計(jì)階段就考慮AI相關(guān)需求并對(duì)其做標(biāo)準(zhǔn)化和固化，使6G網(wǎng)絡(luò)可以內(nèi)部自取完成全局的智能化。智能內(nèi)生能力的衡量除了自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自生成、自恢復(fù)、自伸縮等功能特性外，還需要支持對(duì)各項(xiàng)智能內(nèi)生能力進(jìn)行量化對(duì)比，否則在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，將無法定量化對(duì)比某些局技術(shù)是“強(qiáng)”智能還是“弱”智能。

從安全信任的能力衡量維度來看。首先，未來6G網(wǎng)絡(luò)需要包含網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知的多維度性能統(tǒng)計(jì)，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析評(píng)估的系列指標(biāo)包，使網(wǎng)絡(luò)可以具量化地感知網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)和評(píng)估網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)更新安全防護(hù)策略。其次，安全信任的使能需要對(duì)用戶和業(yè)務(wù)的安全需求進(jìn)行具體等級(jí)劃分，并映射至具體量化維度和指標(biāo)，便于網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同實(shí)現(xiàn)安全可信服務(wù)的按需定制、動(dòng)態(tài)部署、自適應(yīng)響應(yīng)，保證安全運(yùn)維的自動(dòng)化、智能化、可信化。

從算力評(píng)估的維度來看。算力量化體系部分現(xiàn)階段還比較粗放，有業(yè)界研究者提出大致需要從計(jì)算業(yè)務(wù)類型、QoS分類、計(jì)算并發(fā)度要求、通信類型、網(wǎng)絡(luò)延遲和調(diào)度效率等維度入手開展相關(guān)的詳細(xì)評(píng)估和深入研究。

6G系統(tǒng)典型業(yè)務(wù)、指標(biāo)體系和使能技術(shù)如圖1所示。

圖1 6G系統(tǒng)典型業(yè)務(wù)、指標(biāo)體系和使能技術(shù)

需要指出的是，上述指標(biāo)分析是基于業(yè)務(wù)需求提出的未來6G網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)體系的理想預(yù)期，基于該預(yù)期業(yè)界將討論和考慮使能上述需求的關(guān)鍵技術(shù)，最終網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)體系的成型也會(huì)反過來受限于相關(guān)使能技術(shù)的突破和發(fā)展。最終6G網(wǎng)絡(luò)新演進(jìn)的具體量化指標(biāo)有較大概率會(huì)反映和融合智能、安全可信和算力等使能特征和衡量維度。此外，6G豐富的多維度網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系除了獨(dú)立提出之外，在下一代無線網(wǎng)絡(luò)中還可能以組合/指標(biāo)包的形式存在，用以適用多樣化用戶和業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

2 6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

持續(xù)增長(zhǎng)或多方向擴(kuò)展的業(yè)務(wù)需求提供了從5G網(wǎng)絡(luò)到6G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的源動(dòng)力和節(jié)拍。為了支持這些需求，網(wǎng)絡(luò)首先需要更強(qiáng)壯，支持更大的吞吐量、更多的連接、更低的時(shí)延和更長(zhǎng)的終端續(xù)航時(shí)間；網(wǎng)絡(luò)還需要更智柔，具有可定制和多態(tài)能力，可生成可恢復(fù)和可伸縮能力，可學(xué)習(xí)和可適應(yīng)能力，可包容和可演進(jìn)能力；網(wǎng)絡(luò)還需要更可信可用，具有服務(wù)確保的能力、安全可信的能力、簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)綠色節(jié)能的能力和合作成長(zhǎng)的能力。基于“智能、綠色、融合、彈性”設(shè)計(jì)理念，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示：

圖2 6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

（1）垂直三層：從網(wǎng)絡(luò)連接的空間維度看，未來6G網(wǎng)絡(luò)會(huì)是地面通信、空基通信和天基通信三層網(wǎng)絡(luò)的全維度自然空間融合，提供全域泛在連接服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。

（2）左右三域：從具體功能的角度來看，未來6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)該包含感知資源域、功能控制域和服務(wù)應(yīng)用域等具體功能域。

感知資源域?qū)⒓染邆鋵?duì)物理世界泛在信息的感知能力，例如人類的聽覺、視覺、觸覺甚至是情感意念的感知，溫度、濕度等環(huán)境信息感知等，也包含對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)的感知。面向差異化應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜狀態(tài)信息的泛在感知、融合和重塑，可以向網(wǎng)絡(luò)提供感知信息資源，此外感知資源域還包括算力資源、存儲(chǔ)資源等，為網(wǎng)絡(luò)功能提供資源保證。

功能控制域提供端到端信息處理能力和服務(wù)化彈性架構(gòu)，具備業(yè)務(wù)識(shí)別和精細(xì)化控制的能力。從業(yè)務(wù)情景出發(fā)，該域?qū)?duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行有效重塑，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和安全資源服務(wù)進(jìn)行智能化編排，優(yōu)化資源分配并控制不同的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的可彈性擴(kuò)展。通過解耦物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間、安全資源與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)間的關(guān)聯(lián)，為業(yè)務(wù)服務(wù)控制和安全監(jiān)控提供諸多靈活性，從而促進(jìn)資源效率、能源效率和運(yùn)維效率的提升。

服務(wù)應(yīng)用域是指承載在6G網(wǎng)絡(luò)上的各類服務(wù)和應(yīng)用的能力域，6G網(wǎng)絡(luò)的新特性和新能力進(jìn)一步拓寬服務(wù)和應(yīng)用的能力范圍，服務(wù)和應(yīng)用的主要屬性將包括但不限于性能、SLA、時(shí)間能力、空間能力和業(yè)務(wù)連續(xù)性等。業(yè)務(wù)應(yīng)用與AI深度融合，向多類型用戶提供按需隨愿的彈性服務(wù)。

（3）內(nèi)生兩鏈：結(jié)合用戶和業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的能力需求，以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維對(duì)網(wǎng)絡(luò)的能力需求來看，智能原生和安全可信將成為未來6G網(wǎng)絡(luò)的核心基因鏈，傳遞和表達(dá)6G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化特征。

智能原生將成為6G的核心基因，實(shí)現(xiàn)AI與6G網(wǎng)絡(luò)全融合。網(wǎng)元融合AI，升級(jí)為具備多維實(shí)時(shí)感知能力的智能網(wǎng)元；網(wǎng)絡(luò)與AI融合，提升網(wǎng)絡(luò)分析和決策能力，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)”；服務(wù)與AI融合，理解業(yè)務(wù)屬性并提供差異化服務(wù)，構(gòu)建起從無序到可預(yù)測(cè)、可管理的服務(wù)保障能力。6G網(wǎng)絡(luò)整體演進(jìn)為擁有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自生成、自恢復(fù)、自伸縮能力的內(nèi)生智能網(wǎng)絡(luò)。

安全可信將安全設(shè)計(jì)融入到網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和構(gòu)建過程中。在6G網(wǎng)元構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用服務(wù)研發(fā)伊始，便全方位多角度融入動(dòng)態(tài)、主動(dòng)的安全防護(hù)能力和可記錄、可追溯的可信免疫能力設(shè)計(jì)，將以對(duì)抗攻擊為目的的安全防護(hù)提升為能夠自主免疫的安全可信，使能和貫穿感知資源域安全、功能控制域安全和服務(wù)應(yīng)用域安全。

整體而言，未來6G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)全域融合和極致連接，為用戶提供隨愿按需定制的彈性開放服務(wù)，同時(shí)向智能原生、數(shù)字孿生、綠色共享、算網(wǎng)一體、安全可信等方向進(jìn)行能力演進(jìn)，用以實(shí)現(xiàn)“智能、融合、綠色、可信”的6G愿景。

3 6G候選技術(shù)分析

3.1 6G無線使能技術(shù)

（1）高頻通信

現(xiàn)有微波和毫米波頻段支持的峰值速率極限在10 Gbit/s左右，將無法滿足太比特極致連接、全域覆蓋等網(wǎng)絡(luò)能力需求，通信頻段必然向具有超豐富頻率資源的更高毫米波頻段甚至太赫茲頻段延伸。太赫茲（THz, Terahertz）波指位于0.1—10 THz頻率之間頻段的電磁波。太赫茲波的波長(zhǎng)范圍是30 μm～3 mm，在整個(gè)電磁波譜中位于微波和紅外波頻段之間。相比于5G的sub6G頻段和毫米波頻段，太赫茲頻段憑借豐富的頻段資源優(yōu)勢(shì)，與更高頻段毫米波通信技術(shù)都是目前極具潛力的6G關(guān)鍵候選頻譜技術(shù)[4-5]。

高頻通信可支持超大帶寬超高速率通信傳輸，但高頻通信頻段的路徑損耗較大，且穿透和繞射能力較差，易被建筑物和物體遮擋。因此高頻通信具有大帶寬、超高速、短距、安全等應(yīng)用特點(diǎn)，未來有望應(yīng)用于無線回傳/光纖替代、無線局域網(wǎng)/個(gè)域網(wǎng)、無線數(shù)據(jù)中心和安全接入多種地面超高速通信場(chǎng)景，也可以通過搭載衛(wèi)星、無人機(jī)、飛艇等天基平臺(tái)和空基平臺(tái)實(shí)現(xiàn)空天地海多維度一體化通信，與微納技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于從宏觀到微觀的多尺度通信[6]。

盡管現(xiàn)階段高頻通信的發(fā)展面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，但隨著相關(guān)技術(shù)的不斷突破和高頻器件產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，高頻將憑借其豐富的頻率帶寬資源等天然優(yōu)勢(shì)，與其他低頻段網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)，廣泛應(yīng)用于多維度多尺度通信場(chǎng)景，成為未來實(shí)現(xiàn)6G全域泛在和極致連接網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù)，成為未來社會(huì)信息融合聯(lián)接的重要組成部分。

（2）智能超表面

智能超表面技術(shù)是一種基于超材料發(fā)展起來新技術(shù)，也可以看做是超材料在移動(dòng)通信領(lǐng)域的跨學(xué)科應(yīng)用。智能超表面在超材料的基礎(chǔ)上增加控制電路，一個(gè)智能超表面材料由大量智能超表面單元組成，智能超表面單元的幾何結(jié)構(gòu)、尺寸大小和排列方式?jīng)Q定了的基礎(chǔ)電磁特性，通過基于FPGA可編程邏輯門等可編程控制電路影響超材料的電磁特性，例如施加在變?nèi)荻O管上的電壓或施加在光敏元件上的光強(qiáng)，可以動(dòng)態(tài)地控制這些智能超材料單元的電磁性質(zhì)，比如單元的反射系數(shù)和透射系數(shù)，進(jìn)而改變反射信號(hào)或透射信號(hào)的幅度、相位、頻率甚至極化特性。智能超表面技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無線信號(hào)的可編程式無源反射、透射、吸收和散射，搭建物理電磁世界和數(shù)字信息世界之間的映射橋梁，實(shí)現(xiàn)對(duì)無線傳播信道的主動(dòng)智能調(diào)控，突破傳統(tǒng)無線信道不可控的限制，構(gòu)建6G無線環(huán)境智能可編程新范式[7-10]。

智能超表面技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富，既可以用于室內(nèi)覆蓋增強(qiáng)，也可以用于室外覆蓋增強(qiáng)；既可以用于簡(jiǎn)化發(fā)射端設(shè)計(jì)，也可以用于主動(dòng)改善信道傳播環(huán)境、增強(qiáng)有用信號(hào)、消除非接收方向信號(hào)，減小干擾和電磁污染；既可以用于提升多波束賦型能力，提升波束方向性精度和定位精度，也可以用于阻斷由于天線輻射方向性泄露引入旁路竊聽。除此之外，基于智能超表面的無線中繼能夠在不引入自干擾的情況下實(shí)現(xiàn)全雙工模式的傳輸。

（3）軌道角動(dòng)量多址技術(shù)

根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)理論，電磁輻射還可以攜帶角動(dòng)量。角動(dòng)量分為兩部分，分別是自旋角動(dòng)量（SAM, Spin Angular Momentum）和描述螺旋相位結(jié)構(gòu)的軌道角動(dòng)量（OAM, Orbital Angular Momentum）。OAM是區(qū)別于電場(chǎng)強(qiáng)度的電磁波固有物理量，OAM傳感器檢測(cè)電磁波軌道角動(dòng)量，傳統(tǒng)天線檢測(cè)電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度，兩者之間是相互獨(dú)立的。OAM復(fù)用技術(shù)新增了一個(gè)多址維度，不同OAM模式在空間上相互正交，構(gòu)成一個(gè)理論上具有無限維度的態(tài)空間。通過將不同OAM模式作為獨(dú)立的信道傳輸將大幅提升通信系統(tǒng)的傳輸容量，可以有效地提升網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率，將大大緩解未來6G網(wǎng)絡(luò)日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求與日益緊缺的頻譜資源的矛盾。

利用角動(dòng)量的通信技術(shù)與利用線性動(dòng)量的通信技術(shù)存在明顯區(qū)別。6G對(duì)傳輸容量的巨大需求會(huì)使實(shí)際的通信系統(tǒng)陷入帶寬瓶頸，利用OAM進(jìn)行通信被視為應(yīng)對(duì)可預(yù)見的容量緊縮的關(guān)鍵解決方案。OAM已經(jīng)在光通信中被成功利用，在無線通信中也有著非常好的應(yīng)用前景。

（4）空天地一體化

空天地一體化技術(shù)將實(shí)現(xiàn)地面通信、空基通信和天基通信三層網(wǎng)絡(luò)的全維度自然空間融合。面向6G的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)是典型的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，是以地面網(wǎng)絡(luò)為依托，以天基網(wǎng)絡(luò)和空基網(wǎng)絡(luò)為拓展的立體分層、融合協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)，各星座衛(wèi)星（包括高、中、低軌）、高空網(wǎng)絡(luò)（臨近空間平臺(tái)和航空互聯(lián)網(wǎng)）、低空智聯(lián)網(wǎng)和地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)共同形成多重覆蓋。

非地面網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)采用相同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與技術(shù)體制，通過統(tǒng)一的接入?yún)f(xié)議和資源管理機(jī)制，支持對(duì)多種終端和多種通信網(wǎng)絡(luò)（如固網(wǎng)寬帶、Wi-Fi等系統(tǒng)）的廣泛和靈活的接入能力及對(duì)跨域資源的智能統(tǒng)一管控?？仗斓匾惑w化的通信網(wǎng)絡(luò)有助于運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)低成本的全域泛在覆蓋，挖掘全新應(yīng)用市場(chǎng)；有助于消彌數(shù)字鴻溝，促進(jìn)數(shù)字化社會(huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展。地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理能力，并利用高數(shù)據(jù)傳輸速率提升大部分陸地區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?；非地面網(wǎng)絡(luò)提供偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋、空域等立體覆蓋能力，協(xié)助地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全域泛在覆蓋。深度融合的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)可以充分利用衛(wèi)星、HAPS/HIBS和地面6G網(wǎng)絡(luò)各自的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)用戶的極簡(jiǎn)極智泛在接入和全域時(shí)敏服務(wù)。

（5）基于服務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)

SBA服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)功能模塊化、無狀態(tài)設(shè)計(jì)和C/U分離的需求，無線也引入CU/DU分離的架構(gòu)來支持不同行業(yè)用戶和業(yè)務(wù)的快速交付，但是5G無線的技術(shù)架構(gòu)底層虛擬化程度不高，無法支持極低時(shí)延的部署，業(yè)務(wù)融合程度較低，這些都約束了無線提供情境化業(yè)務(wù)的能力，所以接入網(wǎng)的服務(wù)化將是未來比較有應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)之一。這主要是因?yàn)橄乱淮鸁o線網(wǎng)絡(luò)需要賦能各行各業(yè)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的靈活性提出了很高的要求，同時(shí)下一代無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)信任、智能、通感及編排的內(nèi)生設(shè)計(jì)要求，均要求接入網(wǎng)需要從煙囪式的協(xié)議棧架構(gòu)轉(zhuǎn)為基于服務(wù)的架構(gòu)。

6G基于服務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)融入AI、感知通信一體化，接入網(wǎng)相比現(xiàn)有5G接入網(wǎng)會(huì)有比較大的顛覆式重構(gòu)，并影響到UE和空口的設(shè)計(jì)。空口需要更靈活地組網(wǎng)，小區(qū)的邊界可能會(huì)被打破，空口資源可以更靈活地編排和定制，移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性大幅增強(qiáng)。通過集中調(diào)度和協(xié)調(diào)多個(gè)小區(qū)工作，實(shí)現(xiàn)“以服務(wù)為中心”的網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)“以小區(qū)為中心”的網(wǎng)絡(luò)邊界正變得模糊，網(wǎng)絡(luò)越來越接近“無蜂窩狀”構(gòu)架?？梢圆捎猛耆摂M化的無線接入網(wǎng)RAN+Massive MIMO，6G基站將只有天線與射頻部分，由于RAN是完全虛擬化的，部署就很靈活，這種方式可使得網(wǎng)絡(luò)性能最大化，網(wǎng)絡(luò)配置具有高的成本效率。

（6）無線AI

6G是萬智互聯(lián)的時(shí)代，應(yīng)用場(chǎng)景更為復(fù)雜，終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的要求也更高。雖然高頻段和多天線等新技術(shù)提升了網(wǎng)絡(luò)性能，但是網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度也因此進(jìn)一步提升，加大了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化難度。AI技術(shù)依托于大數(shù)據(jù)技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠有效解決無線網(wǎng)絡(luò)中場(chǎng)景復(fù)雜多變的問題。雖然5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)采用了一些外掛AI的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，但是這種外掛AI的方式應(yīng)用效果有限，且在數(shù)據(jù)收集、傳輸過程會(huì)帶來時(shí)延以及信息泄露隱患。6G網(wǎng)絡(luò)AI將以多層級(jí)內(nèi)生、分布式協(xié)作、以服務(wù)為驅(qū)動(dòng)的方式融合到無線技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)自治、自調(diào)節(jié)以及自演進(jìn)，以適應(yīng)未來更為復(fù)雜多變的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)隨業(yè)變”。

多層級(jí)內(nèi)嵌式AI，打破外掛式AI架構(gòu)，通過與無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧多層級(jí)內(nèi)嵌式深度融合，來增強(qiáng)協(xié)議的靈活性，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，提升數(shù)據(jù)分析、保障智能決策實(shí)時(shí)性。分布式協(xié)同AI，打破集中式計(jì)算方式，實(shí)現(xiàn)分布式資源協(xié)同以及網(wǎng)間智能操作協(xié)同，從而提升網(wǎng)絡(luò)效能。以服務(wù)為驅(qū)動(dòng)的AI，打破了傳統(tǒng)的以網(wǎng)絡(luò)為中心進(jìn)行服務(wù)的架構(gòu)，轉(zhuǎn)換為以服務(wù)為中心的架構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)能夠自主感知服務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為用戶提供精準(zhǔn)服務(wù)。

雖然無線AI應(yīng)用前景顯著，不僅能提高網(wǎng)絡(luò)性能，應(yīng)對(duì)愈來愈復(fù)雜的場(chǎng)景需求，為各類業(yè)務(wù)提供定制化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量體驗(yàn)，還是實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)自治、自演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)。但是，無線AI技術(shù)應(yīng)用落地仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；為了提高用戶隱私安全，用戶數(shù)據(jù)使用規(guī)定越來越高；物理層數(shù)據(jù)分析實(shí)時(shí)性要求高等。因此，無線AI依然需更深入地研究，以突破技術(shù)難點(diǎn)，在6G系統(tǒng)中得以充分應(yīng)用。

3.2 6G網(wǎng)絡(luò)使能技術(shù)

（1）區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈（Blockchain）是一種集鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、分布式存儲(chǔ)、共識(shí)機(jī)制、加密算法等多種技術(shù)為一體的技術(shù)體系。典型的區(qū)塊鏈以塊-鏈結(jié)構(gòu)或有向無環(huán)圖結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過多方共同維護(hù)，使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問安全，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲(chǔ)、難以篡改、防止抵賴的能力，可以為在不可信的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中低成本建立面向網(wǎng)絡(luò)信任的新型計(jì)算范式和協(xié)作模式。區(qū)塊鏈憑借其獨(dú)有的信任建立機(jī)制，正在改變諸多行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景和運(yùn)行規(guī)則，是未來支撐6G網(wǎng)絡(luò)信任體系的關(guān)鍵。

隨著移動(dòng)互聯(lián)業(yè)務(wù)對(duì)大帶寬、廣覆蓋需求的進(jìn)一步提高，向高頻頻段和天地一體立體化組網(wǎng)架構(gòu)等領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)成為未來6G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的必然趨勢(shì)。但是，更高的工作頻段也意味著更大的路徑損耗、更小的覆蓋半徑和更高昂的建網(wǎng)成本，立體化的組網(wǎng)架構(gòu)同時(shí)也將更多的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者，因此，無論是從業(yè)務(wù)需求、技術(shù)痛點(diǎn)還是成本效益角度出發(fā)，網(wǎng)絡(luò)共建共享都有可能成為未來6G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要方向。在網(wǎng)絡(luò)共建共享場(chǎng)景，基于區(qū)塊鏈的信任互聯(lián)為網(wǎng)絡(luò)共建的多家運(yùn)營(yíng)商提供公開可信高效的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量追蹤、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控、數(shù)字身份認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)漫游結(jié)算服務(wù)。

（2）確定性網(wǎng)絡(luò)

確定性機(jī)制最早提出是在IEEE組織，主要用于解決固定網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延及帶寬的不確定性，形成了TSN技術(shù)體系。由于其局限在二層以太網(wǎng)，后又發(fā)展了DetNet、DIP技術(shù)體系，但研究仍然集中在固定網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)由于其天然空口的不確定性，以及端到端范圍較廣，實(shí)現(xiàn)確定性存在較大的難度。伴隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與各行業(yè)業(yè)務(wù)的深度結(jié)合，包括工業(yè)閉環(huán)控制、數(shù)字孿生、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無人駕駛、VR游戲等，需要保障極低的時(shí)延、微秒級(jí)抖動(dòng)以及更高的可靠性。面對(duì)這種業(yè)務(wù)新趨勢(shì)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該由傳統(tǒng)“盡力而為”做到“準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確”，即實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)原生確定性。

移動(dòng)網(wǎng)涉及多個(gè)層面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)原生確定性也需要從多個(gè)角度考慮。首先，就網(wǎng)絡(luò)層面而言，接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)要保障各自網(wǎng)域的性能，包括空口側(cè)精準(zhǔn)時(shí)鐘同步、定位，智能化管控及調(diào)度技術(shù)，傳輸側(cè)廣域確定性、新型IP等技術(shù)，核心網(wǎng)側(cè)架構(gòu)優(yōu)化、云網(wǎng)協(xié)同、切片增強(qiáng)等技術(shù)。同時(shí)，針對(duì)所有網(wǎng)域，需要實(shí)現(xiàn)全域輔助的精準(zhǔn)感知與協(xié)同，包括資源動(dòng)態(tài)收集、業(yè)務(wù)流精準(zhǔn)調(diào)度以及結(jié)合內(nèi)生AI對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)感知、分析，快速?zèng)Q策相應(yīng)。其次是業(yè)務(wù)層面，不同行業(yè)對(duì)確定性指標(biāo)的需求不同，行業(yè)需求指標(biāo)與通信系統(tǒng)指標(biāo)需要進(jìn)行一一映射，移動(dòng)網(wǎng)確定性要實(shí)現(xiàn)行業(yè)需求到具體SLA指標(biāo)的轉(zhuǎn)化。最后，移動(dòng)網(wǎng)往往會(huì)與其他網(wǎng)絡(luò)融合，共同賦能垂直行業(yè)，因此需要與TSN等技術(shù)體系進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)協(xié)同、關(guān)鍵能力互通及網(wǎng)絡(luò)邊緣的管理?？偨Y(jié)而言，確定性移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要通過多項(xiàng)新型技術(shù)的融合實(shí)現(xiàn)，支撐6G提供更精準(zhǔn)的能力，賦能更多的垂直行業(yè)業(yè)務(wù)。

（3）分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

6G網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步走向大集中與深分布的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，一方面網(wǎng)絡(luò)控制面功能進(jìn)一步集中，數(shù)字化、智能化與數(shù)字孿生等技術(shù)使能網(wǎng)絡(luò)大腦的形成，另一方面由于低時(shí)延與邊緣本地業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)及網(wǎng)絡(luò)資源的下沉，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面走向深分布。

6G網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)自治特征更加突出：1）接入異構(gòu)：具備天、地、空、海等多種異構(gòu)接入場(chǎng)景及網(wǎng)絡(luò)性能需求；2）管理異構(gòu)：垂直行業(yè)網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)、個(gè)域網(wǎng)絡(luò)及宏網(wǎng)絡(luò)共存的網(wǎng)絡(luò)管理；3）資源異構(gòu)：算力、數(shù)據(jù)、內(nèi)容及基礎(chǔ)設(shè)施等網(wǎng)絡(luò)資源的來源異構(gòu)。

分布式末端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是靠近用戶或?qū)嶋H生產(chǎn)系統(tǒng)的終端網(wǎng)絡(luò)功能或?qū)嶓w，實(shí)現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信能力，并具備分級(jí)的用戶和網(wǎng)絡(luò)管理權(quán)限?；バ偶夹g(shù)保證用戶終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與6G核心控制系統(tǒng)的操作一致性、操作可信，及用戶端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全生命周期。網(wǎng)絡(luò)互信網(wǎng)關(guān)：負(fù)責(zé)分布式末端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與核心控制系統(tǒng)的互信協(xié)議轉(zhuǎn)換、互信管理信息交換、外部接入安全防護(hù)等。核心控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)授權(quán)和管理分布式末端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及跨域異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的通信。

分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)使能驅(qū)動(dòng)6G網(wǎng)絡(luò)具備原生可信、異構(gòu)自治、價(jià)值共享能力。原生可信的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供多利益方參與6G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，提供數(shù)字社會(huì)的原始信任錨點(diǎn)；分布式信任與網(wǎng)絡(luò)單元自治，賦能深分布場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)單元的自治與協(xié)同；網(wǎng)絡(luò)資源及價(jià)值共享，激發(fā)網(wǎng)絡(luò)資源共享生態(tài)及市場(chǎng)導(dǎo)向的資源配置。

4 結(jié)束語

本文在5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，分析下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求發(fā)展趨勢(shì)，并在5G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系延續(xù)性的基礎(chǔ)上，提出面向6G新愿景和新需求增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系，并基于“智能、融合、綠色、可信”設(shè)計(jì)理念，提出包含“垂直三層、左右三域、內(nèi)生兩鏈”的6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。最后，本文對(duì)6G無線使能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)使能技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，支撐6G網(wǎng)絡(luò)候選技術(shù)體系建立。