中國(guó)信息通信研究院 王志勤 杜 瀅

1 5G開啟萬(wàn)物互聯(lián)

5G作為新一代信息通信技術(shù)領(lǐng)域的引領(lǐng)性技術(shù)，是賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵底座。我國(guó)5G商用兩年來(lái)，5G基站數(shù)量超過(guò)90萬(wàn)個(gè)，5G終端連接數(shù)超3.3億，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和連接數(shù)均超過(guò)全球70%，5G在文旅、工業(yè)、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域應(yīng)用探索活躍。雖然我國(guó)5G在一些重點(diǎn)領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)0到1的突破，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模可復(fù)制，還面臨許多挑戰(zhàn)。5G消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用需要更豐富的VR/AR、超高清視頻等加持。5G要為千行百業(yè)賦能、賦智和賦值，在加強(qiáng)與行業(yè)技術(shù)與知識(shí)結(jié)合的同時(shí)，也要增強(qiáng)5G技術(shù)產(chǎn)業(yè)能力。

5G技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)將提供更高的能力、不斷拓展新的應(yīng)用。5G定義的三大應(yīng)用場(chǎng)景，在5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中逐步定義和完善。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP在2018年6月發(fā)布了5G第一版本R15標(biāo)準(zhǔn),重點(diǎn)定義了增強(qiáng)寬帶移動(dòng)場(chǎng)景，2020年6月發(fā)布的R16版本完成了低時(shí)延高可靠場(chǎng)景，R17標(biāo)準(zhǔn)將在2022年6月完成，支持低功耗的中高速物聯(lián)網(wǎng)。3GPP將R18及其之后的5G增強(qiáng)技術(shù)命名為5G-Advanced，開啟了5G后半場(chǎng)技術(shù)新征程。

面向2030年人類社會(huì)將進(jìn)入智能化時(shí)代。6G將服務(wù)于人、機(jī)、物，實(shí)現(xiàn)由萬(wàn)物互聯(lián)到萬(wàn)物智聯(lián)的躍遷。當(dāng)前雖然國(guó)際電信聯(lián)盟ITU啟動(dòng)了《6G技術(shù)趨勢(shì)及遠(yuǎn)景研究》，但6G仍尚處于愿景階段，實(shí)質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化工作將在2025年之后啟動(dòng)。

2 5G-Advanced演進(jìn)為萬(wàn)物互聯(lián)提供更強(qiáng)支撐

今年3GPP啟動(dòng)了5G-Advanced(簡(jiǎn)稱5G-A)階段R18標(biāo)準(zhǔn)的討論，產(chǎn)業(yè)界對(duì)5G演進(jìn)方向形成了一定的共識(shí)，提出了一些潛在的技術(shù)。總體來(lái)看，5G將提供更強(qiáng)能力、更豐富場(chǎng)景，向著更加綠色、更加智能和更加安全的方向發(fā)展。

2.1 更強(qiáng)能力：增強(qiáng)用戶體驗(yàn)、行業(yè)支撐能力

5G標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)持續(xù)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能，精細(xì)化滿足行業(yè)需求。在寬帶移動(dòng)方面，通過(guò)多天線技術(shù)、靈活雙工、毫米波靈活組網(wǎng)等提升頻譜效率；基于5G的廣播多播業(yè)務(wù)，面向XR、云游戲等網(wǎng)絡(luò)容量和性能增強(qiáng)，提升業(yè)務(wù)能力。在面向垂直行業(yè)的精細(xì)化場(chǎng)景設(shè)計(jì)方面，針對(duì)更多垂直行業(yè)應(yīng)用支持更多終端類型，如新物聯(lián)網(wǎng)終端、低功耗定位終端和近零功率終端等；提供更多低時(shí)延高可靠及大連接物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的增強(qiáng)，如與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN更緊密的結(jié)合等。

1)增強(qiáng)提升用戶體驗(yàn)

XR和云游戲業(yè)務(wù)：XR和云游戲業(yè)務(wù)要求至少30-100Mb/s數(shù)據(jù)速率、20ms端到端低時(shí)延、高至99.99%的可靠性，此外，XR和云游戲業(yè)務(wù)包含多個(gè)數(shù)據(jù)流，不同數(shù)據(jù)流的QoS要求不同，且多個(gè)業(yè)務(wù)流間需協(xié)同配合。這需要采用網(wǎng)絡(luò)編碼方案等提升數(shù)據(jù)速率；通過(guò)識(shí)別XR業(yè)務(wù)中多個(gè)數(shù)據(jù)流的端到端QoS機(jī)制，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)的感知；結(jié)合業(yè)務(wù)模型特點(diǎn)，優(yōu)化調(diào)度和鏈路自適應(yīng)方案等。

觸覺和多模態(tài)通信服務(wù)：觸覺和多模態(tài)通信服務(wù)是通過(guò)視頻、音頻、環(huán)境感知、觸覺等影響用戶體驗(yàn)的多種輸入，結(jié)合超低時(shí)延、超高可靠性和安全性等網(wǎng)絡(luò)能力，來(lái)實(shí)現(xiàn)真正的沉浸式用戶體驗(yàn)。這一方面要求5G網(wǎng)絡(luò)需滿足不同數(shù)據(jù)流的不同網(wǎng)速、時(shí)延和可靠性需求，識(shí)別多形態(tài)業(yè)務(wù)的多數(shù)據(jù)流，另一方面，沉浸式業(yè)務(wù)需要更豐富的環(huán)境感知信息，這將觸發(fā)如何利用5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)感知能力的研究，實(shí)現(xiàn)5G通信和感知的融合，激發(fā)5G新業(yè)務(wù)活力。

2)加強(qiáng)行業(yè)支撐能力

高精度定位：5G大帶寬和大規(guī)模天線設(shè)計(jì)能提供更高精度的定位能力，實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)高精度定位。對(duì)于通用的商業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)1米的定位精度，對(duì)于垂直應(yīng)用實(shí)現(xiàn)0.2米的定位精度。在5G低時(shí)延系統(tǒng)框架下，R17標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)按需發(fā)送的定位導(dǎo)頻信號(hào)的方案，將定位時(shí)延從秒級(jí)降低到毫秒級(jí)。在5G-A中，有望通過(guò)聚合不連續(xù)帶寬，進(jìn)一步提高定位精度；針對(duì)5G中高速物聯(lián)網(wǎng)終端，進(jìn)一步優(yōu)化窄帶寬定位性能，實(shí)現(xiàn)低功耗定位能力；針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，研究基于終端直通鏈路的參考信號(hào)測(cè)量進(jìn)行終端定位等。

無(wú)線上行容量增強(qiáng)等技術(shù)：智慧工廠、視頻監(jiān)控、高清視頻等應(yīng)用，對(duì)上行數(shù)據(jù)傳輸要求高，但網(wǎng)絡(luò)的天線配置、TDD時(shí)隙配置多側(cè)重于下行，5G-A將在上行引入更高調(diào)制能力，上行數(shù)據(jù)解調(diào)參考信號(hào)的增強(qiáng)，更靈活的載波分配和配置等。此外，在5G框架下引入一些新技術(shù)，如在一定條件下引入全雙工技術(shù)，提高系統(tǒng)容量。增強(qiáng)毫米波覆蓋、毫米波波束管理等方向。

2.2 更豐富場(chǎng)景：天地一體綜合解決方案

隨著5G的規(guī)模部署，探索新的5G應(yīng)用場(chǎng)景，可服務(wù)于更多業(yè)務(wù)和行業(yè)。

非地面通信：衛(wèi)星通信與5G網(wǎng)絡(luò)融合是構(gòu)建海陸空天地一體化綜合通信網(wǎng)的解決方案。為支持更廣泛覆蓋、更密集的設(shè)備連接、更多樣的服務(wù)類型，從衛(wèi)星用透?jìng)鞣绞睫D(zhuǎn)發(fā)5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的通信方式，將逐步研究支持衛(wèi)星非透明傳輸?shù)膱?chǎng)景，在衛(wèi)星上做部分或全部的基站協(xié)議處理等。

無(wú)人機(jī)通信：研究解決成群的無(wú)人機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中通信的路徑管理、干擾管理等問(wèn)題，拓展無(wú)人機(jī)的應(yīng)用模式，滿足業(yè)務(wù)的可靠性、時(shí)延特性、安全性等多樣化需求。感知探測(cè)、無(wú)人機(jī)身份和場(chǎng)景識(shí)別、移動(dòng)性管理、功率控制等技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)化有望促進(jìn)無(wú)人機(jī)的發(fā)展。

終端直通鏈路：終端與終端之間的直通鏈路通信在車聯(lián)網(wǎng)開始應(yīng)用，為增強(qiáng)直通鏈路的傳輸速率、可靠性、定位精度、通信距離等，多跳中繼、載波聚合、免授權(quán)、高頻通信等成為演進(jìn)方向。

2.3 更加綠色：智能化、新模式降低能耗

當(dāng)前5G發(fā)展中能耗問(wèn)題凸顯，5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一直努力降低5G能耗，包含網(wǎng)絡(luò)側(cè)節(jié)能和終端側(cè)節(jié)能。

1)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的功耗主要來(lái)自于基站，特別是基站的有源天線單元AAU，由于5G基站更高頻點(diǎn)、百兆帶寬、大規(guī)模天線配置，其功耗高于4G基站。網(wǎng)絡(luò)節(jié)能將研究更靈活和動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方案，如在無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，進(jìn)一步延長(zhǎng)常駐信號(hào)的發(fā)送周期，或優(yōu)化常駐信號(hào)設(shè)計(jì)；在低數(shù)據(jù)負(fù)載時(shí)，關(guān)閉一些射頻鏈路，并考慮利用人工智能的預(yù)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)智能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。

2)近零功耗終端。近零功耗(Almost Zero Power，AZP)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景下成為熱點(diǎn)。采用近零功率設(shè)計(jì)，在待機(jī)條件下終端依賴少量能量只偵聽喚醒信號(hào)，在需要工作時(shí)才喚醒主要通信模塊。

2.4 更加智能：5G與人工智能融合

與人工智能(AI)技術(shù)的融合是5G重要演進(jìn)方向。從理論上看，利用AI技術(shù)，可以在無(wú)線通信傳統(tǒng)的時(shí)域、頻域和空域維度外，開啟一個(gè)智能維度。通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)、算力和AI技術(shù)等基本因素的合理利用，進(jìn)一步提升5G系統(tǒng)性能。5G與AI結(jié)合是利用人工智能技術(shù)增強(qiáng)無(wú)線側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)功能和性能，網(wǎng)絡(luò)也能夠更高效地支持人工智能的應(yīng)用。

5G與AI融合逐步從網(wǎng)絡(luò)采用AI技術(shù)發(fā)展到無(wú)線接口。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理及基于AI的邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片等是當(dāng)前研究熱點(diǎn)?；贏I的物理層增強(qiáng)成為R18的重點(diǎn)研究方向。采用AI技術(shù)，多項(xiàng)物理層基礎(chǔ)技術(shù)有望得到性能提升，比較典型的有基于AI的信道信息反饋，基于AI的參考信號(hào)解調(diào)、信道預(yù)測(cè)、波束管理等。5G與AI結(jié)合中相關(guān)用例的數(shù)據(jù)集、算法、模型、仿真驗(yàn)證方法研究還需要探索與積累。

2.5 更加安全：構(gòu)建內(nèi)生安全體系架構(gòu)

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)正進(jìn)一步朝著“全維、全域”發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的智能化、邊緣化、開放化助力數(shù)字世界與物理世界深度融合。隨著網(wǎng)絡(luò)邊界模糊化、業(yè)務(wù)復(fù)雜化加劇，為了適應(yīng)新業(yè)務(wù)、新架構(gòu)、新技術(shù)及安全形勢(shì)的變化，5G-A網(wǎng)絡(luò)安全將打破傳統(tǒng)的分立、靜態(tài)、外掛式的安全機(jī)制，向著“自驅(qū)動(dòng)、自適應(yīng)、自演進(jìn)”的智能防御體系和彈性內(nèi)生安全架構(gòu)演進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)在確保提供高可靠通信能力、高可用服務(wù)能力的同時(shí)，還將提供可擴(kuò)展架構(gòu)、差異化安全能力、安全彈性伸縮、動(dòng)態(tài)部署與配置等高可信安全能力，實(shí)現(xiàn)通信、服務(wù)、安全一體化共生演進(jìn)與全面發(fā)展。

提供更高的安全能力主要有以下三個(gè)方案。一是安全可信增強(qiáng)。異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)的集中式、去中心化和第三方信任模式(如零信任安全)并存的多模信任架構(gòu)將從根源上解決當(dāng)前中心化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面臨的安全可信問(wèn)題，增強(qiáng)安全可信基礎(chǔ)。二是網(wǎng)絡(luò)韌性提升。基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和深度學(xué)習(xí)算法模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等多維數(shù)據(jù)感知學(xué)習(xí)，根據(jù)用戶和垂直應(yīng)用的安全需求實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)編排、彈性部署等安全能力，大大提升網(wǎng)絡(luò)效能、靈活性和安全韌性。三是協(xié)同防御加強(qiáng)。通過(guò)建立端、邊、網(wǎng)、云智能主體間的泛在交互和協(xié)同機(jī)制，準(zhǔn)確感知網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)并預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)，助力安全策略最優(yōu)集自適應(yīng)生成與執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)縱深安全防御和安全風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)處置，強(qiáng)化跨網(wǎng)絡(luò)、跨層、跨邊界的協(xié)作式安全防護(hù)能力。

3 6G將助力人類實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物智聯(lián)

隨著5G的商用，全球開啟了下一代移動(dòng)通信(6G)的探索研究。面向2030年及未來(lái)，人類社會(huì)將進(jìn)入智能化時(shí)代，社會(huì)服務(wù)均衡化、高端化，社會(huì)治理科學(xué)化、精準(zhǔn)化，社會(huì)發(fā)展綠色化、節(jié)能化將成為未來(lái)社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)。6G在5G基礎(chǔ)上，將從服務(wù)于人、人與物，進(jìn)一步拓展到支撐智能體的高效互聯(lián)，將實(shí)現(xiàn)由萬(wàn)物互聯(lián)到萬(wàn)物智聯(lián)的躍遷，成為聯(lián)接真實(shí)物理世界與虛擬數(shù)字世界的紐帶，將持續(xù)提升人們的生活品質(zhì)，促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型升級(jí)，并且為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的終極目標(biāo)做出貢獻(xiàn)，最終將助力人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物智聯(lián)、數(shù)字孿生”的美好愿景。

我國(guó)IMT-2030(6G)推進(jìn)組在6月份正式發(fā)布《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》白皮書，提出了業(yè)界廣泛關(guān)注的6G十大潛在關(guān)鍵技術(shù)方向，包括了內(nèi)生智能的新空口和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，增強(qiáng)型無(wú)線空口技術(shù)、新物理維度無(wú)線傳輸技術(shù)、新型頻譜使用技術(shù)、通信感知一體化技術(shù)等新型無(wú)線技術(shù)，分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、算力感知網(wǎng)絡(luò)、確定性網(wǎng)絡(luò)、星地一體融合組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全等新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這些技術(shù)方向與當(dāng)前5G-A演進(jìn)的方向比較一致，例如內(nèi)生智能、通信感知融合、內(nèi)生安全等。6G將致力于在全新的技術(shù)架構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)新理念，而5G-A技術(shù)將在5G基礎(chǔ)架構(gòu)下進(jìn)行增強(qiáng)。盡早在5G-A階段引入這些新技術(shù)研究與應(yīng)用，將提升5G的性能、拓展應(yīng)用范圍，也為6G的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5G的成功商用是6G發(fā)展的前提。希望5G-A技術(shù)不斷創(chuàng)新演進(jìn)，加快萬(wàn)物互聯(lián)向萬(wàn)物智聯(lián)的發(fā)展，成為我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。