芬蘭奧盧大學及70位通信專家

5G應(yīng)用才剛剛啟動，6G概念就撲面而來。6G是什么？傳輸速度有多快？有哪些關(guān)鍵特征和挑戰(zhàn)？2019年9月，芬蘭奧盧大學與70位世界頂尖通信專家共同發(fā)布了全球首份6G白皮書《無處不在的無線智能——6G的關(guān)鍵驅(qū)動與研究挑戰(zhàn)》，對6G進行了系統(tǒng)闡述。從中可以看出，6G不僅在速度上更快，而且服務(wù)領(lǐng)域更廣泛，將引發(fā)更全面的社會角色參與其中。在未來的6G時代，邊緣計算將盛行，信任模型必須嵌入其中，隱私保護將成為關(guān)鍵的應(yīng)用驅(qū)動要素。

介紹

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(wù)、新業(yè)態(tài)培育提供基礎(chǔ)。5G新無線電（NR）的第一個版本已于2018年準備就緒，在諸多領(lǐng)域已展現(xiàn)出提高生產(chǎn)力的潛能，且有望成為引領(lǐng)許多領(lǐng)域長期發(fā)展、融合發(fā)展和自主應(yīng)用的關(guān)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(chǔ)設(shè)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”。“無處不在”指服務(wù)與用戶隨時隨地進行無縫對接;“無線”意味著無線連接是關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的一部分;“智能”意味著為人類和非人類用戶提供情景感知的智能服務(wù)和應(yīng)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(guān)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(guān)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。

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(yù)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信技術(shù)服務(wù)，從而提高生產(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(wù)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，隨著社會與信息通信技術(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(yīng)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(guān)鍵的研究領(lǐng)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(lǐng)域。

6G的社會和商業(yè)驅(qū)動力

5G能夠為更多種類的設(shè)備和用戶提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足消費者預(yù)期的容量增長需求以及行業(yè)的生產(chǎn)力需求，隨著5G的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等領(lǐng)域的重要性正在不斷凸顯。與5G相比，6G的定義不能僅僅考慮其商業(yè)價值，更需要全面的定義來滿足社會對未來通信的要求，包括從通信技術(shù)角度確定未來社會面臨的趨勢、需求、挑戰(zhàn)以及塑造未來世界形態(tài)的力量。在5G時代，移動網(wǎng)絡(luò)運營商依然是網(wǎng)絡(luò)部署的主導者，而6G時代可能會出現(xiàn)由更多市場參與者推動的超高效短距離連接解決方案，在傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)運營之外產(chǎn)生新的生態(tài)系統(tǒng)，這也將使6G網(wǎng)絡(luò)更具包容性。

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(luò)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(wù)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(guān)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(luò)的可靠性和魯棒性提出更高要求。預(yù)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(guān)鍵性需求，在整個網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品使用周期中對材料進行選擇、使用、重復(fù)使用和回收利用，可以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、使用的成本，有助于將網(wǎng)絡(luò)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(luò)。此外，6G對人體健康的影響也是關(guān)注的重點，新型6G技術(shù)的引入需要啟動科學審查，發(fā)現(xiàn)并確認需要開展的研究，以便填補健康風險評估上的理論空白。

數(shù)據(jù)所有權(quán)和合同政策問題需要特別關(guān)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(wù)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(wù)映射到高度智能的系統(tǒng)或設(shè)備中，以便使用數(shù)據(jù)創(chuàng)建更多未來服務(wù)。

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

在6G時代，定位服務(wù)于超高效短距離傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)將不再可行，不同的參與者在一個設(shè)施內(nèi)只部署單個網(wǎng)絡(luò)來滿足多個用戶組和服務(wù)的需求，參與者將借助軟件化、網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化以及接口的開放來共享網(wǎng)絡(luò)連接層和數(shù)據(jù)層。在此背景下，頻譜接入權(quán)、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)資源、設(shè)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(luò)接入的復(fù)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。

長遠來看，6G將比任何事物更深入地滲透到社會和人們的生活中，為避免過高的運營成本，6G相關(guān)軟件都將運行在具有高度自動化水平的云端上，這也將促使責任部門改進監(jiān)管系統(tǒng)。

6G中的利益方將發(fā)生變化，并且將出現(xiàn)新的

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(guān)方角色，從而形成更加復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。6G系統(tǒng)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(lǐng)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(chǔ)設(shè)施（生產(chǎn)設(shè)施、場地）、裝備（設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)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（外八邊形最外層）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(luò)運營商、衛(wèi)星運營商），也包括資源代理以及各種服務(wù)/應(yīng)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(wù)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(guān)者帶來新的機遇。

6G應(yīng)用場景和新設(shè)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(shè)備以及低功耗專用處理器的飛速發(fā)展，硬件設(shè)備將進入一個新時代。該時代，設(shè)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。

智能手機很有可能被XR眼鏡所替代

未來，輕巧的XR眼鏡能以提前所未有的分辨率、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)。要實現(xiàn)這一體驗，必要的配套技術(shù)包括：（1）成像設(shè)備，例如光場、全景、深度感應(yīng)和高速的相機;（2）用于監(jiān)視使用者健康狀況的生物傳感器;（3）用于計算機圖形、計算機視覺、傳感器融合、機器學習和人工智能的專用處理器;（4）無線技術(shù)，包括定位和傳感。

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(shè)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(luò)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(shè)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。借助這些技術(shù)，人們甚至可以影響遠程世界的變化，典型的應(yīng)用包括遠程教育、協(xié)同設(shè)計、遠程醫(yī)療、遠程辦公、先進的三維模擬等技術(shù)，包括定位和傳感。

自動駕駛汽車將成為可能

即使有了遠程呈現(xiàn)，人員和貨物的流動隨著人口增長和全球化推進仍然是一個嚴峻挑戰(zhàn)。暢想在2030年及以后的世界，將會有數(shù)百萬輛聯(lián)網(wǎng)的自動駕駛汽車，通過高度協(xié)同的系統(tǒng)使運輸和物流更加高效。這些汽車包括在家庭、工作場所或?qū)W校之間移動的自動駕駛汽車，也包括送貨的自動卡車或無人機，這對于提高生產(chǎn)效率、減少化石燃料消耗均具有重要意義。

在6G網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(luò)上，無線網(wǎng)絡(luò)除了具有低延遲和高帶寬外，還必須有超高可靠性。

6G關(guān)鍵技術(shù)指標和頻譜

從已有的技術(shù)指標上看，5G的關(guān)鍵指標也適用于6G，但必須對這些指標進行嚴格審查并增添新的內(nèi)容。當前5G的指標已經(jīng)確定，6G的目標與先前的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)升級一致，將已有指標提高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(yù)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（例如與AI相關(guān)的指標）、隱私/安全/信任、面向應(yīng)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。

6G研究應(yīng)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使用場景（例如無線工廠自動化）的操作非?？量?，例如具有超高可靠性和超低延遲的通信、高分辨率的定位（厘米級別）和高精度設(shè)備間的同步需控制在1微秒內(nèi)。6G的可靠性和延遲要求非常多樣化，且視具體情況而異。最極端的一個案例是工業(yè)控制，它要求在10億個傳輸比特中只允許有一個錯誤比特，且延遲為0.1毫秒?？梢灶A(yù)見，6G時代數(shù)據(jù)流量和連接物的數(shù)量將大大增加，設(shè)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。

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(yīng)用使用和重用。具體而言，在支持多個應(yīng)用場景中，必須通過嚴謹?shù)念l率規(guī)劃防止諧波疊加。

6G網(wǎng)絡(luò)

6G需要嵌入信任

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(luò)的可靠運行，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，重要的工業(yè)價值將會喪失。在網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(yīng)當嵌入到網(wǎng)絡(luò)當中，以提高用戶對網(wǎng)絡(luò)通信的信任度。對于安全、信任和服務(wù)來說，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)提供嵌入的分布式拒絕服務(wù)（DDoS）來實現(xiàn)緩解和保護功能，以使其免受其他人的攻擊。

6G采用身份與位置分離的方案，主要依靠設(shè)備的私有地址

從保障安全上看，將信任關(guān)系嵌入網(wǎng)絡(luò)需要為設(shè)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(shè)備至少應(yīng)具有一個唯一的名稱或多個可由網(wǎng)絡(luò)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(shè)備連接后，設(shè)備應(yīng)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(luò)一樣，該網(wǎng)絡(luò)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。

6G的隱私保護將是一個關(guān)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(guān)鍵推動因素。

6G需要進行網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵）設(shè)備之間通過移動網(wǎng)絡(luò)到分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)并直達云端，實現(xiàn)端到端連接。在6G范式下，網(wǎng)絡(luò)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(shè)置等）來最大化用戶體驗，如通過將用戶或運營商設(shè)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(luò)分配。在某種意義上說，網(wǎng)絡(luò)是中立的，它平等地對待一個切片中的所有應(yīng)用程序，并且平等對待具有相同訂閱類型的所有用戶。

6G研究還需要包括私有網(wǎng)絡(luò)和公共網(wǎng)絡(luò)之間的責任劃分，短程連接解決方案與大覆蓋蜂窩系統(tǒng)的無縫集成將會變得更加普遍，并需在開發(fā)和標準化方面提供更多的支持。

人工智能和區(qū)塊鏈可能在6G網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(shè)置網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時保持相互信任。