⑴峰值速率进入太比特时代(Terabit era, Tb/s)
峰值速率是无线移动通信系统始终追求的关键技术指标之一。①文献研究显示，从1G～5G 移动通信系统峰值速率的增长服从指数分布(按照各代系统标准化的时间点计算)，预测未来10年（2030年）可能达到Tb/s 峰值速率，6G峰值速率将进入太比特时代。②从6G愿景定性分析可知，至少有两方面应用需要6G峰值速率大幅度提升：智能化(大数据)的普遍应用；高保真AR/VR 和全息通信。而高保真沉浸式AR/VR，对低时延、网络平均速率和覆盖也有极高的要求。
⑵更高能效(Higher energy efficiency)
超大规模移动通信网络已成为世界能源消耗不可忽视的一部分，未来6G 网络拥有的超高吞吐量、超大带宽、超海量无处不在的无线节点，将对能耗带来前所未有的巨大挑战。频谱效率提升和频谱带宽增大的同时，需要尽可能降低每比特的能量消耗(J/bit)；无所不在的感知网络传感器，不仅会因庞大的数量带来高昂的总能耗，还面临如何方便有效地对无处不在的部署进行供能的挑战；以及“智慧连接”中海量数据处理功耗、超大规模天线的处理功耗等。
⑶随时随地的连接(Connection everywhere and anytime)
未来需要构建一张无所不在(覆盖空天地海)、无所不连(万物互联)、无所不知(借助各类传感器)、无所不用(基于大数据和深度学习)的网络，真正实现随时随地的连接及交互需求。
⑷自聚合通信架构(Self-aggregating communications fabric)
几乎每一代3GPP标准都号称可以融合多种技术标准，但最终依然是一个自我封闭的标准系统。但在万物互联逐渐实现的过程中，将不得不面临与其他复杂多样的垂直行业标准和技术融合的问题。5G还只能采用静态或半静态组合方式，6G必须具备对不同类型网络(技术)智能动态地自聚合能力，以更加智能灵活的方式，动态地融合多种技术体系，自适应地满足复杂多样的场景及业务需求。
⑸非技术性因素挑战(Nontechnical challenges)
6G将面临诸多非技术因素挑战，主要涉及行业壁垒、消费者习惯及政策法规问题等。
①行业壁垒。相对5G，6G与其他垂直行业领域的结合将更加紧密，但一些传统行业固有的行为方式或利益关系将会对移动通信的进入设置行业壁垒。
②频谱分配与使用规则。例如6G太赫兹频段的使用，既需要不同国家和地区协调分配，尽可能统一频段范围，还需要考虑与该频谱其他领域的使用者协调，如气象雷达等。
③卫星通信将面临更多的政策法规限制。首先，卫星通信所用的轨道资源、频谱资源等需要各国协商解决。其次，相对传统地面通信，卫星通信在全球漫游切换方面将面临更多挑战。目前，一些主要国家和商业实体都在积极搭建卫星通信系统，如何协调这些彼此独立部署的卫星通信系统，将是一个极其复杂的问题。
④用户使用习惯。如何更快速地改造千差万别的垂直行业用户固有的思维方式和习惯，将是一个极具挑战的问题。
近20年来，无线通信理论缺乏革命性的突破，已成为移动通信技术进一步发展的瓶颈。其突破注定会是一个漫长的过程，有赖于数学、信息学、物理学、化学、材料科学、仪器科学和脑科学等理论相互结合，实现底层理论创新和变革。
⑴ Gabor理论
英国伦敦大学教授Dennis Gabor在1946年提出：有限连续时间信号的频率只能以一定的“不准确性”来定义，该“不准确性”与持续时间成反比，反之亦然。无线通信物理层主要目的是最大化利用时频域资源效率，但如Gabor理论所述，时频域是矛盾的，时域越窄，频域就越宽，反之亦是如此。移动通信中，最优频谱效率(Maximum Spectral Efficiency)、良好时频域特性(Good Time-and Frequency Localization)和子载波正交性(Orthogonality between Subcarrier)三者无法同时满足。
为了突破Gabor理论带来的限制，以牺牲子载波之间正交性换取最优频谱效率和良好时频域特性是当前无线通信基础理论发展的趋势之一。6G 网络拥有纷繁的应用场景，无线波形参数也不尽相同，如何既能根据场景来动态地选择和配置物理波形参数，又能提供更高效、更智能的频谱分配和利用，是未来需要面对的问题。
⑵ 香农理论
1948年，美国贝尔实验室的Claude Shannon提出了著名的香农(Shannon)极限，即有高斯白噪音干扰的通信信道中理论上的最大传输容量。无线通信以开放大气作为传输介质，通信信道噪声干扰不可控。在有限信道带宽和有限信号功率条件下，较难发展到像光纤通信那样逼近香农极限的数据传输速率。据推测，目前无线通信传输速率已达到香农极限的90%左右。无论采用多么先进的编码方式和高效的调制解调技术，都已难以突破瓶颈。虽然现阶段大规模天线阵列(MIMO)技术和相控阵波束赋形(Beam Shaping of Phased Array)技术相结合是提高传输速率的一种有效方式，但多天线波束赋形技术是在同一频点上形成多个信道，对于单一信道而言也没有突破香农极限。如何进一步逼近香农极限或者突破其限制，是6G以及未来移动通信需要面临的挑战。
底层信息理论突破是6G与前几代移动通信较为不同的切入点，是6G 发展的起点之一和内生性驱动力。除了传统理论突破，颠覆性创新的基础理论也必将有所进展，例如:量子通信理论、超奈奎斯特理论(Faster than Nyquist)等。
三、6G使能技术体系的构建
综合现有研究成果可以看出，实现6G，需要在信息理论、传输和组网方面实现理论和技术突破。在基本信息理论方面，6G 将拓展传统信息理论，从理论上保证基于语义信息度量、压缩、传输和网络的优化；在传输关键技术方面，6G 将进一步挖掘极化相关理论，获取极化编解码、极化MIMO、极化多址、极化中继等关键技术突破，实现差异化传输；在组网技术方面，6G将采用“人−机−物−灵”全新网络架构，满足认知增强与决策推演的智能定义网络需求，保证安全可靠的网络传输，实现意念驱动网络。
1、广义信息论
为了支持AI Genie 的语义感知与分析，6G不仅要采集、传输数字信息，也要处理语义信息，这就要求必须突破经典信息论的局限，发展广义信息论，构建语义信息与语法信息的全面处理方案，这也是实现人机智能交互的理论基础。
2、个性化传输技术
6G 移动通信需要对人的主观体验进行定量建模与分析，满足差异性需求的信息处理与传输，从而构建智能通信网络。这方面，极化编码传输、massive MIMO、基于AI 的信号处理等技术都是极具竞争力的前沿技术。
3、意念驱动网络
人工智能助理的建立与发展，需要依赖“随需即用”智能网络。6G时代，需要支持人−机−物−灵融合的全新网络架构、分布式边缘网络智能、认知增强与决策推演的智能定义网络等理论与核心技术的前瞻性研究。
韩红，中国科学院成都文献情报中心副研究员。
