6G:立體泛在 智聯(lián)天下

 

 

      移動通信以大概十年為周期發(fā)展演進(jìn)，每一代移動通信技術(shù)從研究到商業(yè)應(yīng)用基本上都需要十年左右的時間。2019年是5G商用元年，當(dāng)前5G發(fā)展方興未艾，一些重要的場景和能力還沒有充分展現(xiàn)出來，但學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界普遍預(yù)測，無論5G發(fā)展是否能達(dá)到預(yù)期，到2030年，6G都將在全球范圍內(nèi)投入應(yīng)用。當(dāng)前，我國已啟動6G基礎(chǔ)研究，如何設(shè)計(jì)6G網(wǎng)絡(luò)，以應(yīng)對十年后的全球挑戰(zhàn)，滿足未來世界中不斷變化的通信需求，是我們當(dāng)下在6G研究中需要思考的問題。我們認(rèn)為，6G的研究應(yīng)遵循“遠(yuǎn)近結(jié)合”的總體思路，即一方面要對十年后的需求和場景進(jìn)行大膽展望和預(yù)測，提出足夠超前的先進(jìn)技術(shù)方案，另一方面要密切關(guān)注“5G+”發(fā)展過程中遇到的現(xiàn)實(shí)問題以及5G難以克服的內(nèi)生困難，進(jìn)行有的放矢的理論研究和技術(shù)攻關(guān)。我們認(rèn)為這種遠(yuǎn)近結(jié)合的思路可以兼顧超前性和現(xiàn)實(shí)性，有利于達(dá)成6G研究與落地的目標(biāo)。

 

 

      網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)將大幅提升

 

 

      每一代新的移動通信技術(shù)都將大幅度提升傳輸速率。5G的三大場景中，增強(qiáng)移動寬帶場景（eMBB）著重提升用戶體驗(yàn)速率，提高人與網(wǎng)絡(luò)的連接能力，而低時延高可靠場景（uRLLC）、低功耗大連接場景（mMTC）則能夠更好地支持物與網(wǎng)絡(luò)的連接和通信。相對于5G 10-20 Gbit/s的峰值速率，0.1G-1Gbit/s的用戶體驗(yàn)速率，1ms的空中接口時延，100萬連接/平方公里的連接密度以及米級定位精度，6G的性能指標(biāo)將實(shí)現(xiàn)十到百倍的提升，預(yù)計(jì)6G的峰值速率可達(dá)1Tbit/s,用戶體驗(yàn)速率可達(dá)1Gbit/s,空中接口時延將低于1ms,連接密度將達(dá)到1000萬連接/平方公里，定位精度可達(dá)厘米級。與此同時，6G性能指標(biāo)也突破了單純的通信連接的范疇，對安全、智能、效率等方面提出了更多需求。

 

 

      5G在發(fā)展過程中將融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，與垂直行業(yè)深度融合，以解決行業(yè)用戶基礎(chǔ)連接需求中的痛點(diǎn)。6G一方面重點(diǎn)解決5G三大業(yè)務(wù)場景并存的實(shí)際問題，另一方面提出宏大的“全業(yè)務(wù)場景”,期望滿足用戶個性化的極致性能需求，實(shí)現(xiàn)以人為本的按需服務(wù)。

 

 

      網(wǎng)絡(luò)可用資源將豐富多樣

 

 

      6G將融合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)、水下通信等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全球立體覆蓋，將空間、陸地以及海洋緊密無縫地連接起來。宏觀上，6G網(wǎng)絡(luò)中可用資源不僅包括地面移動通信網(wǎng)絡(luò)資源，如基站、無線路由器等，還將包括衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源，以及水面及水下網(wǎng)絡(luò)資源。各網(wǎng)絡(luò)協(xié)作進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)立體覆蓋。微觀上，6G將進(jìn)一步發(fā)展以人為中心的體域網(wǎng)絡(luò)。6G網(wǎng)絡(luò)將形成既有廣度又有深度的多層覆蓋，提供陸地通信、空間通信、設(shè)備和設(shè)備間的短距離通信，以及物理空間與虛擬空間的通信服務(wù)。

 

 

      隨著多技術(shù)的融合，6G移動通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)服務(wù)能力將得到進(jìn)一步拓展。6G可用于業(yè)務(wù)的資源，按照資源用途可分為感知資源、計(jì)算資源、通信資源、存儲資源與控制資源。這五類資源無處不在，豐富多樣，通過6G網(wǎng)絡(luò)的智能管控實(shí)現(xiàn)透明、動態(tài)、優(yōu)化的調(diào)度，支撐下一代人工智能、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)和應(yīng)用。

 

 

      新業(yè)務(wù)愿景將以人為本

 

 

      當(dāng)今，全球范圍內(nèi)對6G新業(yè)務(wù)的暢想不斷涌現(xiàn)，虛擬世界、隔空穿越、觸手可及、超級智能……6G業(yè)務(wù)是否會像科幻電影里描繪的那般神奇魔幻？我們認(rèn)為，總體而言，6G業(yè)務(wù)將以全面提升用戶體驗(yàn)為目標(biāo)，進(jìn)一步拓展與深化在垂直行業(yè)中的應(yīng)用，同時進(jìn)行新業(yè)務(wù)場景與新商業(yè)模式的探索與創(chuàng)新?；诋?dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢，我們預(yù)判6G將能夠?qū)崿F(xiàn)沉浸式全息通信、虛實(shí)融合、基于數(shù)字孿生的人、網(wǎng)、城市等業(yè)務(wù)愿景，構(gòu)建與人類社會和物理世界緊密連接的網(wǎng)絡(luò)空間。

 

 

      6G網(wǎng)絡(luò)將成為虛擬世界與物理世界之間的橋梁?；谖锢硎澜缈缮蓴?shù)字化的虛擬世界，物理世界中的人與人、人與物、物與物之間可通過數(shù)字化世界來傳遞信息。例如，全息通信業(yè)務(wù)將遠(yuǎn)程重構(gòu)與再現(xiàn)真實(shí)的三維世界，以可交互的方式將全息圖像或視頻從一個或多個信源傳輸?shù)揭粋€或多個信宿，并高保真全息實(shí)時地顯示出來，讓用戶在任何時間任何地點(diǎn)都能獲得完全沉浸式的交互體驗(yàn)。上述全息通信和虛實(shí)融合技術(shù)在未來視頻會議、在線課堂、遠(yuǎn)程全息手術(shù)等業(yè)務(wù)場景中將有巨大的應(yīng)用前景。此外，全感官類業(yè)務(wù)也是重要的6G業(yè)務(wù)愿景，該業(yè)務(wù)將支持視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺的全感官體驗(yàn)，甚至心情、病痛、習(xí)慣、喜好等個體感受，通過人、機(jī)、物間多模態(tài)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)傳輸與交互，實(shí)現(xiàn)身臨其境的體驗(yàn)。

 

 

      新業(yè)務(wù)創(chuàng)新與實(shí)踐依賴于通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，同時也離不開諸多新型材料的突破。例如，先進(jìn)的柔性電子材料技術(shù)能夠在柔性塑料或薄金屬基板上制作有機(jī)/無機(jī)材料的電子器件，柔軟、輕薄、透明、便攜，可以彎曲、折疊、扭曲、壓縮、拉伸，極大地?cái)U(kuò)展了電子器件的適用范圍。柔性電子材料可用于制作眾多輕薄且柔軟的可穿戴傳感器，甚至無線皮膚接口，其采集的信息可攜帶更多感官感受，可將人類的真實(shí)狀態(tài)精準(zhǔn)地反映至數(shù)字世界，基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建全景式虛擬環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)實(shí)景交互，提高控制決策效率，實(shí)時反饋評估效果。

 

 

      可以說，新一代的柔性電子材料技術(shù)將為數(shù)字、物理和生物世界的融合奠定材料技術(shù)基礎(chǔ)。

 

 

      展望未來，6G網(wǎng)絡(luò)將融合信息通信、新型材料、生物科學(xué)、社會科學(xué)等諸多技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果，具備更加強(qiáng)大的綜合能力，從而更加深刻地改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活方式。

 

 

      將形成知識驅(qū)動的智聯(lián)網(wǎng)

 

 

      6G時代，更高級更復(fù)雜的大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用需要先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐，個性化、定制化理念將持續(xù)深化。行業(yè)用戶和個人用戶不再滿足于簡單地使用網(wǎng)絡(luò)，而是希望通過意圖或需求來設(shè)計(jì)和配置網(wǎng)絡(luò)。例如，6G將具備全面智能化的網(wǎng)絡(luò)配置與管理能力，使網(wǎng)絡(luò)不再是專業(yè)人員的專屬領(lǐng)地。用戶將可以像使用個人電腦一樣使用6G網(wǎng)絡(luò)，擁有專屬主題的配置，定制化地使用多種資源。面對如此紛繁復(fù)雜的需求，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)與規(guī)劃必然無能為力，必須采用智能化的方法。

 

 

      網(wǎng)絡(luò)智能化一直是網(wǎng)絡(luò)控制與管理追求的目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展，單純的數(shù)據(jù)運(yùn)算、問題求解和功能搜索等已經(jīng)很難適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管控的需求，人工智能與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合是大勢所趨。從智能水平上來看，5G主要在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、智能運(yùn)維、數(shù)據(jù)分析等局部領(lǐng)域使用了人工智能。6G網(wǎng)絡(luò)將全面采用知識驅(qū)動的人工智能，更注重智能模型的通用性、復(fù)用性、可擴(kuò)展性、可解釋性，由原始數(shù)據(jù)提煉知識，由模型實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)，并融入人類的領(lǐng)域知識與記錄，共同驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)智能化進(jìn)程。在6G階段，我們期望將智能全面賦予整個網(wǎng)絡(luò)，將知識加載到眾多的網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)上，使其像人類一樣具備自主學(xué)習(xí)、自主感知、自主決策的能力，從而使6G網(wǎng)絡(luò)能夠提供面向場景的高度個性化的智慧服務(wù)，這就是知識驅(qū)動的智聯(lián)網(wǎng)。

 

 

      業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)將提供按需服務(wù)

 

 

      電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進(jìn)是“需求牽引技術(shù)，技術(shù)推動需求”的螺旋上升過程，在整個過程中“網(wǎng)絡(luò)資源”與“業(yè)務(wù)需求”之間始終存在彼此不能適配的根本矛盾。為了解決這個根本矛盾，二十余年來，我們提出并深化了業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的核心思想和理論，使我國業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)從無到有，持續(xù)演進(jìn)。

 

 

      業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)是業(yè)務(wù)導(dǎo)向型邏輯網(wǎng)絡(luò)，重點(diǎn)關(guān)注業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的適配。移動智能網(wǎng)是業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的初級階段。在2G跟隨時代，我國在移動通信領(lǐng)域首次突破了國外壟斷，建成了全球規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的移動智能網(wǎng)，并在后續(xù)3G、4G、5G上業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的各階段持續(xù)保持全球領(lǐng)先。近年來，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)逐步實(shí)現(xiàn)全面分層解耦與細(xì)粒度能力的智能開放，讓傳統(tǒng)封閉的電信網(wǎng)絡(luò)向行業(yè)用戶賦能。例如通過使用現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)的呼叫接續(xù)能力和號碼翻譯能力，為網(wǎng)約車、外賣快遞、網(wǎng)絡(luò)招聘等應(yīng)用場景提供了保護(hù)雙方隱私的中間號（虛擬號碼）業(yè)務(wù)。

 

 

      6G的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)將是網(wǎng)絡(luò)之上的網(wǎng)絡(luò)，從電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為跨越各種網(wǎng)絡(luò)的通用業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，通過開放、共享、融合，將多維度多領(lǐng)域各類網(wǎng)絡(luò)映射為統(tǒng)一的邏輯網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前，我們正在基于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的思想進(jìn)行6G網(wǎng)絡(luò)的研究，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等多種疊加覆蓋網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作與聯(lián)動，面向未來各種業(yè)務(wù)場景中的功能和性能需求，支持應(yīng)用的靈活性和多樣性，提供按需服務(wù)，在此過程中，希望達(dá)成多個性能指標(biāo)的全局最優(yōu)化。為滿足多樣化應(yīng)用場景需求，6G業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備智能場景感知和自主策略生成能力。例如，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流（比如沉浸式多媒體業(yè)務(wù)中視覺、觸覺、味覺、嗅覺、聽覺對應(yīng)的數(shù)據(jù)流）的直接相關(guān)性和重要性，對流進(jìn)行優(yōu)先級排序或其他相關(guān)處理。

 

 

      6G業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)可以智能感知用戶需求，并根據(jù)業(yè)務(wù)屬性對不同數(shù)據(jù)流提供不同優(yōu)先級的傳輸服務(wù)。例如，涉及人類生命生活健康的感知業(yè)務(wù)對可靠性的要求非常嚴(yán)格，數(shù)據(jù)丟失應(yīng)盡可能小；而全息交互的娛樂類業(yè)務(wù)對可靠性要求相對不高，但對傳輸帶寬和時延要求更高。

 

 

      總體而言，通過對場景信息的實(shí)時感知和智能分析，可以根據(jù)服務(wù)對象和場景智能選取不同的資源調(diào)配策略進(jìn)行6G業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的資源配置，從而提供差異化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和管控成本。6G業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)支持立體覆蓋、網(wǎng)絡(luò)孿生、內(nèi)生智能以及內(nèi)生安全，這使其連接極為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)非常龐大，因此可以認(rèn)為6G業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)“以人為本、按需服務(wù)”這一6G業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)，必須對多目標(biāo)最優(yōu)化、智能模型的可解釋性、群體策略的公平性、控制穩(wěn)定性等理論問題開展深入地探索和研究。

 

 

      信息通信的大潮滾滾向前，正在改變整個世界。5G已來，即將在未來十年逐步發(fā)揮出其巨大的潛力，而作為下一代移動通信技術(shù)的6G承載了人們更加美好的愿望，將具有更加強(qiáng)大的能力，提供更加豐富多彩的業(yè)務(wù)，從而更加深刻地改變世界。

 

 

      （黃維：中國科學(xué)院院士，亞太工程組織聯(lián)合會主席。廖建新：北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)智能研究中心主任。）

 

 

      本版攜手科學(xué)出版社推出 （黃維 廖建新）