6G专题∣无限延伸，四维互联——6G的前景展望

微言创新 · 公众号 · · 2019-11-01 20:00

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编者按

6G时代，网络主体、新形态特征和关键性指标发展趋势都将出现颠覆性变化，在人工智能理论、新兴材料和集成天线相关技术的驱动下，6G的长期演进将产生新突破，乃至构建新世界。

一、6G发展趋势

6G发展早期阶段将对5G 进行扩展和深入，以AI、边缘计算和物联网为基础，实现智能应用与网络的深度融合，实现虚拟现实、虚拟用户、智能网络等功能。预计2030年进入6G时代，网络主体、新形态特征和关键性指标将发生颠覆性变化。

6G网络主体将从“人—网—物”三维向“人—网—物—境”四维转变。其中，“境”指一切影响人类个性化发展的空间、情境甚至是意境；“人”和“网”将综合利用人类空间和信息空间，与物理世界一起，形成以人类需求为中心的普惠数据、普惠计算和普惠通信以及它们之间的协同。

6G移动通信网络将呈现4W新形态，即无人不互联、无处不互联、无时不互联和无事不互联(interconnection of Whomever, Wherever, Whenever and Wkam)。无人不互联指6G能广泛深入地满足人类物质和精神层面的需求，尤其是人类自身感知世界(触觉、视觉、生理和心理等)之间的互连；无处不互联指6G将延拓网络在人类生活环境空间方面的广度和深度，进一步向空天地海一体化空间，人类感知世界、虚拟世界空间和智能协作空间等泛在空间不断渗透延伸；无时不互联指6G网络具备亚毫秒级时延和超高可靠性，网络更加安全和稳定；无事(Wkam)不互联指网络将突破微观、抽象和生物环境限制并延伸至所有物理维度，如芯片制程、化学反应和工作机制等抽象场景中的实时连接和相互联系。Wkam=Workflow(工作流)+ Knowledge(知识获取)+Attribution(内在因果关系)+ Mechanism(运行机制)。

6G时代将形成4CXs-a’b’c’网络与通信技术新方向。其中,“4”指“人—网—物—境”四维万亿级4W 互联；“C”指人类特有的意识、意境和情境(Consciousness)等广义概念上的环境；“X”指在特定电磁环境下超乎寻常的(eXtreme)无线通信性能;“s”指更高层级的软件定义无线电(Software Defined Radio, SDR)和以网络功能全面虚拟化为基础的软件定义网络(Software Defined Network, SDN)；“a’”指以神经形态计算和芯片算力为代表的类脑智能；“b’”指网络全域协同计算支撑大数据;“c’”指全维云化的网络。

二、6G主要应用领域

6G时代的应用将探索新媒体、新服务、新架构三大领域。

新媒体领域 ：即由新的媒体数据传输技术支撑的媒体应用，如全息图与全息远程呈现。全息远程呈现技术可被用于三维作图，让外科医生实施远程手术，该技术应用需要网络带宽达到太比特级要求。

新服务领域 ：即向多感全息通信服务、远程医疗、工业互联网等高精度、高保障性业务服务发展，将对网络时延提出更高的要求。如无线AR/VR服务要求时延不超过20ms，工业互联网服务要求时延在20μs～10ms。

新架构服务 ：从原有的地面通信向更高空间（卫星通信）拓展，探索空地融合通信，实现全球立体化全覆盖。新架构的发展包含两个阶段：一是实现卫星与地面通信的联合组网；二是在地面－卫星融合通信基础上实现卫星移动通信之间的漫游服务。地面－卫星融合通信系统将通过配置公共交通干线和私人交通干线等不同网络资源，为不同需求的用户提供差异化通信服务，即公共通信和私人通信服务。

三、6G技术发展方向

⑴ 6G将进入太赫兹频段

目前，我国三大运营商的4G主力频段位于1.8GHz～2.7GHz之间的部分频段，国际电信标准组织定义的5G主流频段是3GHz～6GHz，属于毫米波频段。6G将迈入频率更高的太赫兹（THz）频段，即100GHz～10THz，进入亚毫米波频段。显然，通信从1G（0.9GHz）至今，无线电磁波频率不断升高。因为频率越高，允许分配的带宽范围越大，单位时间内所能传递的数据量就越大。且低频段资源有限，随着用户数和智能设备数量的增加，有限的频谱带宽需要服务于更多终端，导致终端服务质量严重下降，惟有开发新的通信频段，拓展通信带宽。

⑵ 6G网络将呈现“致密化”

影响基站覆盖范围的因素较多，如信号频率、基站发射功率、基站高度等。就信号频率而言，频率越高，波长越短，信号绕射能力越差，损耗也越大，并且这种损耗会随着传输距离的增加而加大，随之而来的，是基站的覆盖范围降低，基站的密度需求变大。6G信号频率处于太赫兹频段，已经进入分子转动能级光谱，很容易被空气中的水分子吸收掉，所以空间传播距离没有5G信号远，6G需要更多的基站“接力”。

⑶ 6G将使用空间复用技术

当信号频率超过10GHz时，其主要传播方式不再是衍射。对于非视距传播链路来说，反射和散射才是主要的信号传播方式。同时，如前所述，频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越小，信号覆盖难度越大。为此，6G将使用空间复用技术，使6G基站可同时接入数百乃至数千个无线连接，其容量将可达到5G基站的1000倍。

⑷ 6G将采用地面无线与卫星通信集成技术

首先，卫星通信技术、平流层通信技术与地面技术的融合，将意味着有望实现全球通信信号无缝覆盖，到达无法建设基站的海洋、难以铺设光纤的偏远地区等此前未能触及的地方，让深处山区的病人能接受远程医疗、孩子们能接受远程教育；同时，在全球卫星定位系统、电信卫星系统、地球图像卫星系统和地面网络的联动支持下，地空全覆盖网络能帮助人类预测天气、快速应对自然灾害，我国2018年12月发射的“鸿雁”、“虹云”星座低轨试验卫星，即可视为全空域覆盖的前期探索；此外，6G时代或将迎来基站小型化发展趋势，已有公司正在研究“纳米天线”，将采用新材料的天线紧凑集成于小基站里，以实现基站的小型化、便利化，让基站无处不在。

除此以外， 6G时代技术还包括人工智能、量子通信、边缘计算等，技术进步将成为6G网络愿景变成现实的关键因素。可以想见，未来的6G网络将满足人类更深层次的智能通信需求，真正实现从现实世界到虚拟世界的拓展、融合。

（本文由韩红根据相关资料摘录撰写）

（责任编辑：雷蓉）

作者简介

韩红，中国科学院成都文献情报中心副研究员。