6G關鍵驅(qū)動與研究挑戰(zhàn)

周斌 編譯

2019年，芬蘭奧盧大學與70位來自各國的頂尖通信專家首次共同發(fā)布了全球首份6G白皮書《無處不在的無線智能——6G的關鍵驅(qū)動與研究挑戰(zhàn)》。報告從社會和商業(yè)驅(qū)動力、應用場景和新設備、指標和頻譜等七個方面全方位分析6G的驅(qū)動因素、研究需求、挑戰(zhàn)和問題，初步回答了6G怎樣改變大眾生活、有哪些技術(shù)特征、需解決哪些技術(shù)難點等重點關注問題。

從歷史上看，移動通信大約每十年就會出現(xiàn)一次更新?lián)Q代，通過引入新興技術(shù)實現(xiàn)頻譜效率和容量的提升，為新業(yè)務、新業(yè)態(tài)培育提供基礎。5G新無線電（NR）的第一個版本已于2018年準備就緒，在諸多領域已展現(xiàn)出提高生產(chǎn)力的潛能，且有望成為引領許多領域長期發(fā)展、融合發(fā)展和自主應用的關鍵技術(shù)。與5G相比，6G會采用新技術(shù)、新模式，能滿足并超越5G所需的通信要求，加速經(jīng)濟和社會的數(shù)字化。從之前移動通信技術(shù)更新?lián)Q代的時間、路徑來看，現(xiàn)在是研究6G的通信需求、性能要求、系統(tǒng)和傳輸面臨的挑戰(zhàn)以及技術(shù)路線選擇等核心問題的最佳時機。第一屆6G無線峰會于2019年3月在芬蘭列維舉行，來自29個國家的近300名與會者參加了會議，包括了主要基礎設施制造商、運營商、監(jiān)管機構(gòu)和學術(shù)界的核心人員。該活動的6G愿景宣言抓住了6G的本質(zhì)，即“無處不在的無線智能”?！盁o處不在”指服務與用戶隨時隨地進行無縫對接;“無線”指出無線連接是關鍵基礎設施的一部分;“智能”指為人類和非人類用戶提供情景感知的智能服務和應用程序。峰會結(jié)束后，組織者舉辦了研討會并起草了第一份6G白皮書《無處不在的無線智能——6G的關鍵驅(qū)動與研究挑戰(zhàn)》（以下簡稱“白皮書”），白皮書確定了與6G相關的主要驅(qū)動因素、研究要求、挑戰(zhàn)和基本研究問題，并指出了6G的主要驅(qū)動力：可持續(xù)發(fā)展、社會、生產(chǎn)力和技術(shù)。此白皮書每年都會在年度6G無線峰會結(jié)束后進行更新。

說“從5G工程到6G人文”是天真的，還是勢在必行？

2016年，聯(lián)合國發(fā)布了2030年議程的17個可持續(xù)發(fā)展目標（SDG），有望推動政策并影響許多經(jīng)濟體的政府支出，從而創(chuàng)造出新的全球需求。到2030年，全球人口將增長到85億，預計世界上將有43個人口超過1000萬的特大城市，其中大多數(shù)位于發(fā)展中地區(qū)。城市化要求在整個社會范圍內(nèi)提供超高效、自動化、無時無刻、無處不在的信息與通訊技術(shù)服務，從而顯提高生產(chǎn)率、減少碳排放、節(jié)省公共支出。同時，未來城市地區(qū)開發(fā)的服務需要轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足偏遠地區(qū)、貧困地區(qū)的需要，以便實現(xiàn)聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標。在6G時代，隨著社會與信息通訊技術(shù)的融合愈發(fā)緊密，將出現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)安全問題，如何應對這一難題、做好風險防范將成為6G技術(shù)不容忽視的重點。白皮書確定了關鍵的研究領域，以便使6G愿景成為現(xiàn)實，白皮書的后繼版本將會補充第一次峰會上未討論的缺失領域。

6G的社會和商業(yè)驅(qū)動力

（一）來自社會的驅(qū)動力將塑造6G

從1G到5G，社會和商業(yè)驅(qū)動因素對移動通信網(wǎng)絡的影響愈發(fā)深刻，對于6G而言，政治、經(jīng)濟、社會、技術(shù)、法律和環(huán)境等都是重要的驅(qū)動因素。一方面，為了確保智能城市服務和城市化的紅利得到充分共享且具有包容性，政策要著重關注城市貧困人口和其他弱勢群體對生活保障的需求。另一方面，無時無刻、無處不在的系統(tǒng)化、自動化的小工具和傳感器將對網(wǎng)絡的可靠性和魯棒性提出更高要求。預計6G“無處不在”的特性將大大擴張信息與通信技術(shù)涵蓋的范圍，釋放更多社會經(jīng)濟價值和機會。與此同時，高效節(jié)能也是6G的關鍵性需求。在整個網(wǎng)絡產(chǎn)品使用周期中，對材料進行選擇、使用、重復使用和回收利用，可以降低網(wǎng)絡建設、使用的成本，有助于將網(wǎng)絡連接擴展到更多偏遠地區(qū)，以持續(xù)、高效、綠色的方式提供無線網(wǎng)絡。

（二）數(shù)據(jù)所有權(quán)和合同政策問題需要特別關注

數(shù)據(jù)訪問和使用規(guī)則逐漸成為未來創(chuàng)造價值的重要要素，為此，對數(shù)據(jù)的限制也變成了一種管理手段。創(chuàng)建一個可以改變數(shù)據(jù)收集、優(yōu)先級和共享方式的系統(tǒng)，可以為更大程度地發(fā)揮數(shù)據(jù)價值提供保障，但也可能導致在數(shù)據(jù)存儲和使用等方面產(chǎn)生嚴重的隱私及倫理問題。在通信生態(tài)系統(tǒng)中，不同參與者對數(shù)據(jù)的使用權(quán)利和義務已有界定，但在6G時代，一個重大挑戰(zhàn)是如何將這些權(quán)利和義務映射到高度智能的系統(tǒng)或設備中，以便使用數(shù)據(jù)創(chuàng)建更多未來服務。

（三）6G將推動城市和室內(nèi)空間的網(wǎng)絡共享，“本地運營商”模式將得到推廣

在6G時代，定位服務于超高效短距離傳輸?shù)木W(wǎng)絡新頻段將會開放，各個參與者將在新頻段上以垂直行業(yè)為目標進行網(wǎng)絡部署，以吸引新的參與者、投資者等共同打開市場。以往重疊的超密集網(wǎng)絡將不再可行，不同的參與者在一個設施內(nèi)只部署單個網(wǎng)絡來滿足多個用戶組和服務的需求，參與者將借助軟件化、網(wǎng)絡功能的虛擬化以及接口的開放來共享網(wǎng)絡連接層和數(shù)據(jù)層。在此背景下，頻譜接入權(quán)、網(wǎng)絡、網(wǎng)絡資源、設施和客戶的所有權(quán)變更將導致多種技術(shù)要求和技術(shù)架構(gòu)組合，大大增加網(wǎng)絡接入的復雜性。同時，頻譜使用的全球協(xié)調(diào)也需要各方共同努力去推進解決。

（四）6G中的利益方將發(fā)生變化，并且將出現(xiàn)新的角色

6G作為共享經(jīng)濟體將改變現(xiàn)有角色，并引入新的利益相關方角色，從而形成更加復雜的生態(tài)系統(tǒng)（圖）。圖中的利益方代表了來自人和機器用戶的不同需求，也包括不同垂直領域的公共部門或企業(yè)。滿足需求范圍所需的資源和資產(chǎn)將由提供物理基礎設施（生產(chǎn)設施、場地）、裝備（設備、網(wǎng)絡架構(gòu)）和數(shù)據(jù)（內(nèi)容、場景）的不同參與者在政策制定者制定的監(jiān)管框架下（八邊形最外層）提供。需求和資源將通過匹配/共享利益方而整合在一起。這些利益方既包括不同類型的運營商（本地或垂直特定運營商、固定運營商、移動網(wǎng)絡運營商、衛(wèi)星運營商），也包括資源代理以及各種服務/應用程序提供商，例如信任/安全提供商。

總體而言，與當前的移動業(yè)務生態(tài)系統(tǒng)相比，6G中的參與角色將發(fā)生變化，同時還會出現(xiàn)全新的角色。尤其是前文提到的驅(qū)動因素，它們將從根本上改變生態(tài)系統(tǒng)，并為6G中的各種利益相關者帶來新的機遇。

（五）6G在社會和商業(yè)驅(qū)動力方面需要研究的問題

·6G的主要社會要求是什么？

·如何在6G中對生態(tài)系統(tǒng)各利益方及其生態(tài)系統(tǒng)配置進行分類？

·6G共享經(jīng)濟中，基于平臺的生態(tài)系統(tǒng)商業(yè)模式是什么，為什么以及如何出現(xiàn)？

·人工智能（AI）和機器學習（ML）如何在未來的6G系統(tǒng)中改變基于平臺的生態(tài)系統(tǒng)、商業(yè)模型和服務？

·6G要滿足社會要求，至少需要什么可行的法規(guī)？

·如何開發(fā)新的機制和商業(yè)模型來提高無線網(wǎng)絡包容性，支持偏遠地區(qū)訪問？

6G應用場景和新設備

智能手機已成為我們生活中不可或缺的一部分，但隨著新的顯示技術(shù)、傳感和成像設備以及低功耗專用處理器的飛速發(fā)展，硬件設備將進入一個新時代。該時代，設備將與感官和運動控制無縫結(jié)合在一起。虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）和混合現(xiàn)實（MR）這些技術(shù)正在融合到交叉現(xiàn)實（XR）中，該技術(shù)包含可穿戴的顯示裝置以及產(chǎn)生并保持感知錯覺的交互機制，提供了更多的可能。

（一）智能手機很有可能被XR眼鏡所替代

未來，輕巧的XR眼鏡能以前所未有的分辨率、刷新率和動態(tài)范圍將圖像投射到眼睛上，并通過耳機和觸覺界面把反饋提供給其他感官系統(tǒng)。

（二）新的技術(shù)將使遠程呈現(xiàn)成為可能

隨著高分辨率成像和傳感設備、可穿戴顯示裝置、移動機器人和無人機、專用處理器以及下一代無線網(wǎng)絡等輔助技術(shù)的發(fā)展，遠程呈現(xiàn)最終將成為現(xiàn)實。人物模型可以通過實時捕獲、傳輸和渲染會議中每個參與者的三維全息再現(xiàn)，或者通過圖形組合表示（如化身）和傳感器捕獲的移動數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。XR設備等可以創(chuàng)造感知上的錯覺，使地理上分散的一群人相信他們出現(xiàn)在同一個位置。

（三）自動駕駛汽車將成為可能

在6G網(wǎng)絡中，每輛車都將配備許多傳感器，包括相機、激光掃描儀、可能用于三維成像的太赫茲寬帶陣列成像設備、里程表和慣性測量單元。在算法上，自動駕駛必須快速融合多來源數(shù)據(jù)來決定如何控制車輛，并具有專用的交互界面以提醒乘客或監(jiān)督員注意潛在風險。在網(wǎng)絡上，無線網(wǎng)絡除了具有低延遲和高帶寬外，還必須有超高可靠性。

（四）6G在應用場景和新設備方面需要研究的問題

·下一代XR系統(tǒng)的功能、性能和人體工程學要求是什么？

·如何在未來的XR系統(tǒng)中的不同組件之間分配算力和數(shù)據(jù)？

·如何為下一代XR設備定義和衡量基于人類感知的體驗質(zhì)量（QoE）標準？

·下一代網(wǎng)絡和設備可以為人與人之間的互動提供哪些新的機會？

·自動駕駛汽車在通信可靠性和交通安全性方面需要考慮哪些因素？

6G關鍵技術(shù)指標和頻譜

6G的技術(shù)指標與先前的移動蜂窩網(wǎng)絡升級一致，將5G已有指標提高10-100倍。除了已有指標，新的6G指標大致可以分為兩類，一類是技術(shù)和生產(chǎn)力驅(qū)動的指標（包括延遲、抖動、鏈路預算、擴展范圍/覆蓋范圍、三維地圖保真度、位置精度和更新的速度、成本和能源等），另一類是可持續(xù)發(fā)展和社會驅(qū)動的指標（包括在定義需求和標準化中包含垂直參與者、透明度、隱私/安全/信任、面向應用程序接口的全球用例、聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標激勵、開源以及道德指標等），部分指標類別目前很難定義，在未來的白皮書版本中將會改進。

（一）6G研究應突破最高傳輸速率1Tb/s的瓶頸

6G有望成為第一個要求超快速鏈接的無線標準，其每個鏈接的峰值吞吐量將超過Tb/s（Tbps）。6G的使用場景（例如無線工廠自動化）的需要非?？量?。6G的可靠性和延遲要求非常多樣化，且視具體情況而異?？梢灶A見，6G時代數(shù)據(jù)流量和連接物的數(shù)量將大大增加，設備密度可能會增長到每立方米數(shù)百個，這對面積或空間頻譜效率，以及連接所需的頻段都提出了嚴格的要求。安全性、隱私性和可靠性也是重要的新指標，6G必須要有極高的安全等級，以滿足工業(yè)和高端用戶的極高要求。

（二）太赫茲中頻譜的利用需要根據(jù)吸收和反射特性來制定

當前，許多物聯(lián)網(wǎng)場景都受到范圍、成本和電池的限制，無法輕易擴展到更高的頻率，且目前毫米波也無法滿足部分新帶寬場景。在太赫茲體系中，頻譜的利用需要根據(jù)子帶的吸收和反射特性來安排，以優(yōu)化通信和其他應用使用和重用。具體而言，在支持多個應用場景中，必須通過嚴謹?shù)念l率規(guī)劃防止諧波疊加。

（三）應用場景和新設備需要研究的問題

·如何評估和量化針對聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標的指標？

·對于6G通信應用，合適的無線信道模型是什么？是否可以統(tǒng)一從GHz到THz整個范圍的模型？

·什么是可行頻段？在100GHz以上的商用頻段需要哪些技術(shù)？

·什么是數(shù)據(jù)隱私和安全性的適當指標？

·未來頻譜分配和相關政策的實際需要和需求什么？

無線硬件的進步與挑戰(zhàn)

當載波頻率提高到1Tb/s時，網(wǎng)絡的定向傳輸和接收作用就變得更加明顯，CMOS晶體管的性能也很難滿足高于100GHz頻率要求，硬件的瓶頸可能會減慢6G推進速度。從已有技術(shù)路線上，一方面，繼續(xù)探索CMOS技術(shù)在100GHz以上頻率的潛能仍然有意義。另一方面，硅鍺（SiGe）或磷化銦（InP）等新材料在高頻環(huán)境下工作也值得期待。

（一）太赫茲頻譜可以將通信系統(tǒng)和新應用相融合

太赫茲頻譜不僅能提高傳輸速度，同時還能提高成像和雷達定位、三維成像和傳感的角度和測距精度。因此，研究超高速低成本通信和先進傳感系統(tǒng)的硬件需求、范圍和機會具有非常高的理論和實踐價值。波束收發(fā)方面，天線的大小將隨著頻率增加而大大減少。在250GHz頻率下，一個包含1000個天線的天線陣列將可以放進一個不到4平方厘米的區(qū)域，筆形波束異常狹窄，這樣更安全但也容易發(fā)生對齊錯誤。

電池管理方面，在低速率傳感應用中，需要具有能量收集功能的零能耗、獨立式無電池解決方案，但在需要寬帶處理的極端預設場景和難以意料應用情形下，將要求電力效率有巨大改進。

信號傳播方面，太赫茲（THz）頻率下產(chǎn)生射頻功率較為困難，且水吸收對信號的影響非常明顯，信號穿透較為困難。但是，物體表面在短波長的情況下，其反射率會增高，因此信號穿透雖然是難題，但可以通過有效利用反射實現(xiàn)波束傳輸。

（二）6G需要新的收發(fā)器架構(gòu)和計算范例實現(xiàn)1Tb/s的傳輸

進入太赫茲領域，CMOS以及基于BiCMOS的半導體技術(shù)是否依然有效將是一個問題。首先，由于接口的速度（即使在硅內(nèi)部）已經(jīng)成為了突破的難題，尤其是在CMOS中，要提高小型晶體管的速度技術(shù)難度很大。其次，在CMOS之上納米技術(shù)只能提供有限的功率傳輸能力，極易導致信號處理的各個階段并行性增加。最后，熱效應、低擊穿電壓和有限的電池容量也是實現(xiàn)Tb/s通信方式的技術(shù)難點。然而，目前想要找到完全替代硅技術(shù)的新技術(shù)非常困難，要實現(xiàn)新技術(shù)的替代需要從設備到收發(fā)器架構(gòu)等進行一系列的深度研究。

當頻率達到太赫茲時，單個天線元件的尺寸將變小，即便是頻率最低的太赫茲，天線陣列元件之間的半波長距離也將只有數(shù)百微米，這樣的大小可以使得天線陣列集成到硅材料中。但當天線元件的尺寸變得比與其配套的電子元件還要小時，將可能出現(xiàn)成千上萬帶有天線元件的前端并行收發(fā)的情況。因此，6G必須采用新的收發(fā)器架構(gòu)，而基于透鏡天線陣列的先進通信系統(tǒng)很有可能在該方面發(fā)揮重要作用。

（三）在太赫茲應用中，半導體、光學和新材料有廣闊前景

在半導體方面，材料屬性和寄生效應通常會隨著頻率的增加而降低，硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）、III-V半導體技術(shù)（例如磷化銦）由于性能優(yōu)于CMOS，將很快得到更多關注。在光學方面，如何利用透鏡技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等進行集成是關鍵問題。在太赫茲領域，光子學將成為主導技術(shù)，隨著太赫茲技術(shù)不斷發(fā)展，電子學和光學器件的發(fā)展可以分別在超高速接口和可見光通信領域進行互補。

（四）6G在無線硬件方面需要研究的問題

·如何圍繞“太赫茲空隙”將電氣和光學技術(shù)融合并對不同應用進行細化？

·硅基技術(shù)在THz/Tbps系統(tǒng)中能否表現(xiàn)良好，還需要其他哪些技術(shù)？

·如何在高于100GHz的頻率上實現(xiàn)10米以上的通信和傳感？

·可調(diào)諧天線等解決方案能否在100GHz以上實現(xiàn)？機器學習能否解決此問題？

·在太赫茲區(qū)域，通信、傳感、物質(zhì)檢測和成像的相互需求如何共存？

物理層和無線系統(tǒng)

沒有任何一種解決方案可以滿足所有垂直應用程序的需求。大規(guī)模的寬帶（eMBB），超可靠的低延遲通信（URLLC），大規(guī)模的機器類通信（mMTC）和極高的用電效率，意味著需要更多的解決方案。解決方案的增多需要逐案優(yōu)化系統(tǒng)，并且必須重新定義不同應用之間的兼容性。當前的5G新空口（NR）網(wǎng)絡尚未能夠滿足所有苛刻設計需求。因此，我們認為未來物理層和無線系統(tǒng)除了地面網(wǎng)絡以外，還需要基于衛(wèi)星和無人機（或類似的空中平臺）的基礎設施來滿足覆蓋范圍和能力的需求。此外，當越來越多的數(shù)據(jù)在微型設備中被存儲和處理，能源和電力消耗的問題將會變得越發(fā)突出。

（一）人工智能將在6G的鏈路層和系統(tǒng)層解決方案中發(fā)揮重要作用

6G要滿足所有已確定的性能要求，就需要具有可配置無線電的超靈活網(wǎng)絡。人工智能和機器學習將與無線感測和定位結(jié)合，學習了解無線環(huán)境的靜態(tài)和動態(tài)構(gòu)成，用于預測高頻下的鏈路丟失、主動確定密集城市網(wǎng)絡中的最佳切換點并確定基站，以及為基站和用戶確定最佳的無線資源分配等。

目前來看，開發(fā)新的空口需要廣泛應用機器學習和人工智能算法，以便改善空中接口的時變性能，語義識別方案可能是重要的解決方向。值得注意的是，在給定環(huán)境和特定的需求下，人工智能是否可以被用來做這些設計，其真實使用效果仍值得研究。

（二）新的無授權(quán)訪問方式對大規(guī)模機器類通信至關重要

6G要擴展5G的性能，就必須靈活地開展大規(guī)模的機器類通信用例，在實現(xiàn)高頻譜使用的同時，需要同時支持大量低功耗和低復雜度的設備。物聯(lián)網(wǎng)因為設備偶爾會生成短數(shù)據(jù)包，并且資源分配時的消耗可能超過實際的信息交換量，對上述指標的要求更加苛刻。為解決這些問題，基于適當協(xié)議設計并依靠連續(xù)干擾抵消的“現(xiàn)在隨機訪問協(xié)議”可能會發(fā)揮作用，這些標準已經(jīng)在某些衛(wèi)星標準中被采用，且被證明可以達到預定的訪問性能要求，同時真正實現(xiàn)了無授權(quán)訪問。此外，現(xiàn)在隨機訪問協(xié)議可以利用物理層和MAC層的聯(lián)合設計來提高數(shù)據(jù)吞吐量，這些對于短距離連接解決方案可能是有用的。

（三）信號成形是一種實現(xiàn)高頻譜使用效率的方法

為了增強比特率的性能，需要使用非常高階的星座調(diào)制。然而，這些高階星座調(diào)制對傳輸介質(zhì)中的非線性非常敏感，用于正交幅度調(diào)制（QAM）的信號成形可能可以克服其中一些困難。信號成形方式有兩種：幾何成形和概率成形，不論是基于幾何成形還是概率成形的正交幅度調(diào)制，都有望在光學和太赫茲無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)創(chuàng)紀錄的高比特/秒/赫茲/極化。

（四）強大的模擬調(diào)制方案對6G至關重要

事實證明，正交頻分復用（OFDM）對于寬帶連接非常有效。早前，也有人提出了在60GHz下具有大于500兆Hz帶寬、超寬帶（UWB）系統(tǒng)的多頻帶正交頻分復用版本。當傳輸帶寬達到極限，如在數(shù)百GHz頻段上達到幾GHz甚至幾十GHz帶寬使用率時，傳統(tǒng)的收發(fā)器設計就會開始出錯，并且多載波調(diào)制也無法正常工作。因此，6G需要更強大的模擬調(diào)制方案。

（五）使用射頻功率進行連接和計算的反向散射通信可以實現(xiàn)超低功率通信

6G對能效比要求極高，這就需要通過以節(jié)能的方式進行編碼、調(diào)制、發(fā)送和接收處理，以實現(xiàn)發(fā)射能量和所需處理能量之間的平衡。此外，終端、低功耗物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點對節(jié)能的要求更高。在設計的過程中，節(jié)能的大多數(shù)問題可以通過適當?shù)纳漕l和基帶硬件設計來實現(xiàn)，但是在低功耗編碼、調(diào)制和物理層（非正交頻分復用）等層面需要更多解決方法。使用射頻功率進行連接和計算的反向散射通信可能是實現(xiàn)超低功率通信的有效方法，反向散射通信可以從環(huán)境和射頻波形中獲取能量，這樣能夠讓物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的壽命延長。

（六）6G無線網(wǎng)絡或許能自主搭建無線環(huán)境

在電磁可調(diào)表面（如基于特異材料）革命的推動下，6G將控制來自大型智能表面（LIS）的信號反射和折射。開放研究的問題涉及從無源反射器和超材料涂層智慧表面的優(yōu)化部署到可重構(gòu)大型智能表面的AI驅(qū)動操作。為了解大型智能表面和智慧表面在速率、延遲、可靠性和覆蓋率方面的性能，需要對其進行基礎分析。另一個重要的研究方向是環(huán)境AI，智能表面可以通過學習實現(xiàn)自主地重新配置其材料參數(shù)，現(xiàn)有挑戰(zhàn)包括如何在大型超材料表面上聚焦具有不同入射角的信號，這就需要反射/折射系數(shù)的可控性。在移動環(huán)境中，由機器學習驅(qū)動的智能曲面可能需要連續(xù)的再訓練，這就需要訪問足夠的訓練數(shù)據(jù)、高計算能力和有保證的低訓練收斂性。

通過使用大型智能表面和類似結(jié)構(gòu)，6G可使全息成像成為可能，全息圖像射頻通過合成空間光譜全息技術(shù)和空間波場來控制整個物理空間和電磁場的完整閉環(huán)。這將大大提高頻譜效率和網(wǎng)絡容量，并有助于集成成像和無線通信。

（七）6G在物理層和無線系統(tǒng)方面需要研究的問題

·如何設計高速率、低延遲、高可靠性和大帶寬的信道編碼、調(diào)制、檢測和解碼？

·如何解碼Tbit/s通信？需要什么樣的星座成形？

·如何設計滿足高效、低成本要求的系統(tǒng)？我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)真正的無電池操作？

·如何通過物理層技術(shù)提高信息安全性、隱私性和可靠性？用光學（或未來用微波）來進行量子密鑰分發(fā)是否可行？

·如何有效設計毫米波/太赫茲鏈路、系統(tǒng)和收發(fā)器？如何補償或維持相位噪聲？相干、非相干、部分相干系統(tǒng)的作用是什么？如何實現(xiàn)移動定位、頻道獲取和跟蹤？

·如何在有源天線陣列與透鏡天線 合并的情況下實現(xiàn)大規(guī)模MIMO（多輸入多輸出）和智能波束控制？如何設計具有大型智能表面的系統(tǒng)？

·如何設計高性能計算平臺與射頻鏈之間的高效接口？

·如何實現(xiàn)在高速火車和無人機上保持網(wǎng)絡聯(lián)通？是否仍可以使用多載波技術(shù)？是否需要新的波形，例如基于特殊仿射傅立葉變換的波形？

6G網(wǎng)絡

（一）6G需要嵌入信任模型

到2030年，數(shù)字世界和現(xiàn)實世界將深度交織，人們的生活將依賴于網(wǎng)絡的可靠運行，如果網(wǎng)絡出現(xiàn)故障，重要的工業(yè)價值將會喪失。在網(wǎng)絡物理世界中，有形資產(chǎn)可能會因數(shù)字攻擊而被竊取、滅失或受到損害，惡意網(wǎng)絡活動可能導致財產(chǎn)和生命的損失。

為了解決這個問題，信任模型應當嵌入到網(wǎng)絡當中，以提高用戶對網(wǎng)絡通信的信任度。對于安全、信任和服務來說，網(wǎng)絡應提供嵌入的分布式拒絕服務（DDoS）來實現(xiàn)緩解和保護功能，以使其免受其他人的攻擊。

（二）6G采用身份與位置分離的方案，主要依靠設備的私有地址

從保障安全上看，將信任關系嵌入網(wǎng)絡需要為設備和節(jié)點配備一個更穩(wěn)定的ID，而不僅僅是可轉(zhuǎn)換或動態(tài)的地址。每個設備至少應具有一個唯一的名稱或多個可由網(wǎng)絡隨時轉(zhuǎn)換為地址的名稱，并且可以將這些名稱轉(zhuǎn)換為地址以及根據(jù)需要轉(zhuǎn)換回ID，在設備連接后，設備應能夠控制其自身的可達性。這種尋址原則的結(jié)果是端到端通信“層”與用戶的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)是分開的，如同軟件定義的OpenFlow網(wǎng)絡一樣，該網(wǎng)絡可以使用多種轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，例如IPv4、IPv6、以太網(wǎng)和多種隧道協(xié)議等。

（三）6G的隱私保護將是一個關鍵推動因素

未來，物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等將產(chǎn)生大量前所未有的私人信息?；ヂ?lián)網(wǎng)公司已經(jīng)證明了私人信息具備使用價值，從現(xiàn)實世界中收集私人信息可能非常敏感，諸多場景私人信息的使用或多或少涉及侵犯私人利益。對于6G而言，要為社會所接受，對私人信息的保護是一個關鍵推動因素。

（四）6G需要進行網(wǎng)絡模式升級

在6G中，5G范式將得到細化和擴展。一種可能性是虛擬化（關鍵）設備之間通過移動網(wǎng)絡到分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡并直達云端，實現(xiàn)端到端連接。在6G范式下，網(wǎng)絡可以通過多種技術(shù)手段（智能流量管理、邊緣計算、用戶主動或流量編排設置等）來最大化用戶體驗，如通過將用戶或運營商設置為一組訂閱用戶，每個訂閱用戶在該組中統(tǒng)一進行網(wǎng)絡分配。在某種意義上說，網(wǎng)絡是中立的，它平等地對待一個切片中的所有應用程序，并且平等對待具有相同訂閱類型的所有用戶。

（五）人工智能和區(qū)塊鏈可能在6G網(wǎng)絡中扮演重要角色

在6G時代，機器學習和人工智能越來越重要，依賴于挖掘大數(shù)據(jù)來訓練學習，不斷增強應對更高傳輸速率的計算能力，同時通過不斷學習獲得更多的靈活性。

區(qū)塊鏈是另一個備受期待的新技術(shù)，該技術(shù)在沒有中樞機構(gòu)的情況下，以分布式方式存儲和共享不經(jīng)常更改的信息，但變更的完整記錄也會被保存。這可能會導致數(shù)據(jù)市場組織方式的變更，也可能有助于運營商在相互設置網(wǎng)絡架構(gòu)時保持相互信任。

（六）6G在網(wǎng)絡方面需要研究的問題

·如何定義一個新的網(wǎng)絡范例，以平等地支持消費者、企業(yè)以及生活和關鍵通信場景？需要進行哪些法規(guī)更改才能進行此類創(chuàng)新？

·如何在網(wǎng)絡中嵌入信任和安全模型？如何利用虛擬化提供的隔離服務來保護端到端連接和通信？

·什么樣的數(shù)據(jù)市場商業(yè)模型是可行的，需要哪些技術(shù)來支持它們？需要什么樣的機構(gòu)？非技術(shù)型用戶如何輕松使用它？

·需要哪種網(wǎng)絡功能、接口和協(xié)議來支持廣域和本地玩家之間以及消費者和垂直市場玩家之間進行職責劃分？

·如何增強和改進虛擬化，使得6G網(wǎng)路以最低的成本實現(xiàn)網(wǎng)絡的最大靈活性？

·6G可以利用哪些新的計算和軟件技術(shù)？

責任編輯：梁媛

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