朱光旭 ，李洋 ，陳懌 , ，柴姝奇 ，史清江 ，羅智泉 , ,

（1. 深圳市大數(shù)據(jù)研究院，廣東深圳 518172；2. 香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院，廣東深圳 518172；3. 同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院，上海 200092；4. 鵬城實驗室戰(zhàn)略與交叉前沿研究部，廣東深圳 518055）

一、前言

數(shù)字經(jīng)濟(jì)以數(shù)據(jù)為要素、網(wǎng)絡(luò)為載體，豐富了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)涵，帶來了經(jīng)濟(jì)的新增長；作為繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)之后的一種新經(jīng)濟(jì)形態(tài)，成為全球經(jīng)濟(jì)增長的重要驅(qū)動力。我國高度重視數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展并將其上升到國家戰(zhàn)略，2022年我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模約為50.2萬億元，對國民經(jīng)濟(jì)的支撐引領(lǐng)作用進(jìn)一步增強(qiáng)。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)邁入高質(zhì)量發(fā)展階段，以移動通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將發(fā)揮經(jīng)濟(jì)社會信息流通“主動脈”的作用，支持智能連接、創(chuàng)新融合貫穿至生產(chǎn)生活的各個環(huán)節(jié)，充分釋放數(shù)字對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用。

當(dāng)前，第五代移動通信（5G）正在開啟萬物互聯(lián)的新局面，我國建成了世界規(guī)模最大的5G網(wǎng)絡(luò)并在設(shè)備研制、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面處于技術(shù)領(lǐng)先位置，實現(xiàn)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、物流、能源等領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型場景下的5G廣泛應(yīng)用[1]。也要注意到，新型業(yè)務(wù)場景對通信網(wǎng)絡(luò)提出了更多的特性訴求、更高的指標(biāo)需求，在5G網(wǎng)絡(luò)仍在持續(xù)演進(jìn)的同時，有必要著眼未來數(shù)字經(jīng)濟(jì)社會的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，適時規(guī)劃新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)（即第六代移動通信，6G）的發(fā)展。實際上，2019年工業(yè)和信息化部推動成立了IMT-2030（6G）推進(jìn)組，集聚網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、設(shè)備商、高校和科研機(jī)構(gòu)等“產(chǎn)學(xué)研”力量，聯(lián)合開展6G技術(shù)研發(fā)。目前，全球6G研究仍處于探索階段，僅初步形成了6G愿景目標(biāo)、應(yīng)用場景、基本指標(biāo)等的設(shè)想及論證。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新發(fā)展對6G技術(shù)演進(jìn)提出了全新要求，如更高的頻譜效率、更低的時延、更大的容量、更高的可靠性、更智能的網(wǎng)絡(luò)與終端，以匹配未來智能交通、物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等場景的應(yīng)用需求。在5G實現(xiàn)從移動互聯(lián)到萬物互聯(lián)跨越[2]的基礎(chǔ)上，6G將實現(xiàn)從萬物互聯(lián)到萬物智聯(lián)的躍遷[3]。6G和數(shù)字經(jīng)濟(jì)之間存在互促和依存的關(guān)系。一方面，數(shù)字中國建設(shè)依賴6G引領(lǐng)。與5G相比，6G帶來的不僅是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、傳輸能力的提升，更是感知通信、內(nèi)生智能、“空天地”一體化網(wǎng)絡(luò)覆蓋等的智能融合，將賦能工業(yè)、金融、醫(yī)療等行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展變革提供前提條件。另一方面，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展、新業(yè)態(tài)涌現(xiàn)、生產(chǎn)方式升級也驅(qū)動6G朝著跨領(lǐng)域協(xié)同、“細(xì)智高精”方向邁進(jìn)[4]。“人機(jī)物”將共同主導(dǎo)跨領(lǐng)域的協(xié)同生產(chǎn)，高精度、高可靠、高實時的通信需求驅(qū)動6G技術(shù)發(fā)展。

從文獻(xiàn)檢索可見，已有6G研究重在探討6G的愿景、挑戰(zhàn)與機(jī)遇，實現(xiàn)更高速率、更低時延、更大規(guī)模連接的技術(shù)目標(biāo)[5,6]，可能對6G產(chǎn)生重要影響的關(guān)鍵技術(shù)（如太赫茲通信、人工智能（AI）、語義通信）[7]。然而，圍繞6G的通信、網(wǎng)絡(luò)、安全等關(guān)鍵技術(shù)方向，梳理研發(fā)進(jìn)展并研判發(fā)展競爭力，未見報道。針對于此，本文從無線通信、智能網(wǎng)絡(luò)、信息安全3個維度出發(fā)，梳理6G關(guān)鍵技術(shù)的原理和發(fā)展現(xiàn)狀，評估我國在這些關(guān)鍵技術(shù)方向上的國際競爭力，從而明晰6G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)競爭格局，精準(zhǔn)提出我國發(fā)展應(yīng)對策略。

二、6G無線技術(shù)研發(fā)進(jìn)展及競爭力研判

6G無線技術(shù)是實現(xiàn)6G部署應(yīng)用的核心關(guān)鍵，相關(guān)研發(fā)工作已在快速推進(jìn)，以無線AI技術(shù)、超大規(guī)模天線技術(shù)、太赫茲通信、智能反射面（IRS）、通信感知一體化（ISAC）等為重點方向。

（一）無線AI技術(shù)

6G作為新一代移動通信技術(shù)，將開啟萬物互聯(lián)、深度融合的新階段。與此同時，AI技術(shù)再次經(jīng)歷爆發(fā)式發(fā)展，正在賦能諸多行業(yè)。受到6G、AI發(fā)展熱潮的驅(qū)動，無線通信與AI技術(shù)趨向深度融合并產(chǎn)生新技術(shù)——無線AI，集中在AI賦能通信[1]、通信賦能AI[8]兩個方面：前者指利用AI技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)，使無線通信在深度上實現(xiàn)更高的速率、更低的時延、更廣的連接，涉及無線通信的物理層（如信道估計）、鏈路層（如資源分配）、應(yīng)用層及網(wǎng)絡(luò)層（如網(wǎng)絡(luò)熱點內(nèi)容預(yù)測）；后者指利用無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸AI服務(wù)和智能應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)，在粒度上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級的泛在智能，又可細(xì)分為集中式學(xué)習(xí)、分布式學(xué)習(xí)。

自2018年以來，越來越多的手機(jī)配置了專用的嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，為6G時代大范圍應(yīng)用無線AI技術(shù)提供了硬件層面的支持。為了規(guī)范AI模型的更新和相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取過程，在第三代合作伙伴計劃（3GPP）中加入了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)收集和分析；在RAN和SA工作組中分別設(shè)立了研究專項，開展數(shù)據(jù)采集與模型傳輸研究。這些工作也為無線AI的標(biāo)準(zhǔn)化確立了基礎(chǔ)。

隨著AI技術(shù)的進(jìn)一步成熟，AI產(chǎn)業(yè)具有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模。無線通信系統(tǒng)即將進(jìn)入6G時代，將大幅提升面向AI的開放度和支持度。無線通信系統(tǒng)的多個模塊將被無線AI模塊取代，已成必然趨勢。在此背景下，無線AI技術(shù)擁有廣闊的產(chǎn)業(yè)前景。

（二）超大規(guī)模天線技術(shù)

隨著天線、芯片集成度的不斷提高，在不增加尺寸和質(zhì)量且功耗可控的前提下，天線陣列的規(guī)模將持續(xù)增大。超大規(guī)模天線是在大規(guī)模天線基礎(chǔ)上的進(jìn)一步演進(jìn)。

部署超大規(guī)模天線陣列，應(yīng)用IRS、平面透射表面、納米天線陣列[9]等新材料 / 新結(jié)構(gòu)，引入新的信號處理方法，將提供具有極高空間分辨率和處理增益的空間波束，提高網(wǎng)絡(luò)的多用戶復(fù)用能力和干擾抑制能力，獲得更高的頻譜效率和更高的能量效率。超大規(guī)模天線陣列（見圖1）具有極高的空間分辨能力，能夠?qū)崿F(xiàn)三維精準(zhǔn)定位、目標(biāo)空間姿態(tài)信息獲取，具備在三維空間內(nèi)進(jìn)行波束調(diào)整的能力。

圖1 超大規(guī)模天線技術(shù)應(yīng)用示意圖

（三）太赫茲通信

太赫茲波指頻率位于0.1~10 THz范圍的電磁波，在整個電磁波譜中位于微波和紅外波頻段之間；具有超大帶寬的頻段資源可供利用，支持超高的通信速率。太赫茲通信即以太赫茲頻段內(nèi)的載波實現(xiàn)無線通信的技術(shù)，被視為實現(xiàn)6G太比特每秒通信速率的空口技術(shù)備選方案，有望應(yīng)用到全息通信、微小尺寸通信、超大容量數(shù)據(jù)回傳、短距超高速傳輸?shù)雀咚偻ㄐ艌鼍啊４送?，基于太赫茲通信信號的超帶寬特性，?yīng)用至網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備的高精度定位、高分辨率感知成像等，也是潛在的拓展方向。

早在20年前，國際上就啟動了太赫茲技術(shù)研究。國內(nèi)研究起步稍晚，但以高校和科研院所為代表，正在積極開展相關(guān)工作，也以多種形式進(jìn)行互通協(xié)作，共同推動太赫茲技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，目前整體接近世界先進(jìn)水平。

在太赫茲通信技術(shù)研究方面，國內(nèi)外的重點還集中在核心技術(shù)、共性技術(shù)攻關(guān)上，而對實際應(yīng)用場景、通信系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性等的考慮有所不足；與未來多樣化通信場景需求相比仍有相當(dāng)?shù)牟罹?，尚不能滿足產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模部署的要求。因此，太赫茲通信技術(shù)研究還需著重關(guān)注并攻克實時性、空間復(fù)用、低功耗、遠(yuǎn)距離、工作環(huán)境等要素。

（四）智能反射面

IRS是近期發(fā)展的技術(shù)，支持實現(xiàn)6G無線通信系統(tǒng)智能且可重新配置的無線信道環(huán)境[10]。通常，IRS是由大量無源反射元件組成的平面，每個反射元件都能獨(dú)立地對入射信號產(chǎn)生可控的振幅以及相位變化（見圖2）；在無線網(wǎng)絡(luò)中密集部署IRS并智能協(xié)調(diào)產(chǎn)生的反射，即可靈活地重新配置發(fā)射器和接收器之間的無線信道，以實現(xiàn)所需的分布。IRS為實質(zhì)性解決無線信道衰減和干擾問題提供了一種新穎的手段，也能在一定程度上實現(xiàn)無線通信容量及可靠性的顯著改進(jìn)。

圖2 IRS部署示意圖

近年來，國內(nèi)在IRS方面開展了較大規(guī)模的研究，整體處于世界先進(jìn)水平。2021年，我國主要的移動通信運(yùn)營商分別針對3.5 GHz頻段、2.6 GHz頻段、毫米波頻段完成了IRS技術(shù)的5G外場測試。IRS理論研究在多個細(xì)分方向也較為深入。也要注意到，在目前的研究中，IRS具有一定程度的自我反射及投射能力，但能力水平仍有較大提升空間；在超表面材料方面，半導(dǎo)體工藝較液晶工藝更為成熟，但成本偏高；在智能控制方面，IRS只能被動接收信號而無法主動感知周邊信道環(huán)境以及定位終端與用戶位置，實時控制能力仍待增強(qiáng)。未來，需針對IRS基礎(chǔ)理論、部署頻段、硬件成本、組網(wǎng)架構(gòu)、調(diào)控算法等開展深化研究。

（五）通信感知一體化

ISAC泛指在無線網(wǎng)絡(luò)中將傳感和通信功能整合為一體的設(shè)計，以提高稀缺頻譜和無線基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率，進(jìn)而通過傳感輔助通信、通信輔助傳感[11]實現(xiàn)互利共贏。與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)相比，ISAC可以利用無線基礎(chǔ)設(shè)施以及有限的頻譜、功率資源進(jìn)行通信和傳感，從而以較低的成本提高系統(tǒng)綜合性能。

ISAC概念首次出現(xiàn)在2018年“全球通信會議”，依托較為成熟的基礎(chǔ)技術(shù)條件，已在工業(yè)界快速獲得初步應(yīng)用。我國的研究和應(yīng)用機(jī)構(gòu)積極跟進(jìn)，將ISAC視為6G的重要技術(shù)方向之一，相應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平與國際主流同步。然而，ISAC尚處產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，在開啟大規(guī)模商用之前還需要解決理論、技術(shù)、應(yīng)用等方面的諸多挑戰(zhàn)；在空口技術(shù)、組網(wǎng)架構(gòu)、協(xié)同感知、硬件架構(gòu)、原型系統(tǒng)、仿真評估、標(biāo)準(zhǔn)化方向也需開展持續(xù)研究。

三、6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)進(jìn)展及競爭力研判

6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是支持6G部署應(yīng)用的重點內(nèi)容，將深度融合通信、信息、大數(shù)據(jù)、AI、控制等技術(shù)，成為構(gòu)建物理世界與數(shù)字世界連接的“中樞”，支持開啟萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能的時代。

（一）分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

6G網(wǎng)絡(luò)將采用集中控制式與分布自治式融合、集散共存的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[12]，以在大規(guī)模復(fù)雜組網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)能力的優(yōu)化調(diào)度。分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涉及多類技術(shù)，如去中心化的星際文件系統(tǒng)、支持快速查找及訪問的分布式哈希表技術(shù)、分布式賬本技術(shù)等。區(qū)塊鏈技術(shù)憑借其去中心化、去信任化、不可篡改等技術(shù)特性，在5G發(fā)展階段已有應(yīng)用探索，即利用區(qū)塊鏈思維增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)拓展、網(wǎng)間協(xié)作、安全與隱私保護(hù)等能力。

區(qū)塊鏈技術(shù)是6G分布式網(wǎng)絡(luò)的重要機(jī)制，但我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展水平未能進(jìn)入國際前列，也沒有形成反映技術(shù)發(fā)展趨勢的區(qū)塊鏈3.0項目。在技術(shù)研究上，國外更加關(guān)注基礎(chǔ)架構(gòu)層次的問題，如互操作性、可擴(kuò)展性等，而國內(nèi)更關(guān)注技術(shù)應(yīng)用。未來，我國需要加強(qiáng)人才培養(yǎng)，改善技術(shù)研究和應(yīng)用環(huán)境，更均衡地發(fā)展全產(chǎn)業(yè)鏈。

（二）“空天地”一體化組網(wǎng)技術(shù)

在6G時代，天基（高軌 / 中軌 / 低軌衛(wèi)星）、空基（臨近空間 / 高空 / 低空 / 飛行器）網(wǎng)絡(luò)將與地基（蜂窩 / 移動熱點 / 有線）網(wǎng)絡(luò)深度融合，組成“空天地”一體化網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全域、全時段的網(wǎng)絡(luò)覆蓋[12]。“空天地”一體化網(wǎng)絡(luò)不是天基、空基、地基網(wǎng)絡(luò)的簡單互聯(lián)，而是在系統(tǒng)層面實現(xiàn)地面與非地面網(wǎng)絡(luò)的全面一體化，在體制、協(xié)議、網(wǎng)路、業(yè)務(wù)、終端等層面實現(xiàn)深度融合（見圖3）。

圖3 “空天地”一體化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是6G“空天地”一體化的關(guān)鍵。發(fā)達(dá)國家布局較早，已全面開始星座建設(shè)，如星鏈工程的在軌衛(wèi)星已超過5000顆，開始面向世界主要地區(qū)提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。2020年，我國首次將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)范疇，當(dāng)前仍處于前期規(guī)劃與試驗階段。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈長、保障要求高，需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新、資源投入、發(fā)射保障。我國應(yīng)增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上游的研發(fā)制造水平、基礎(chǔ)原材料的供應(yīng)能力，提高下游用戶端的應(yīng)用開發(fā)水平，通過快速迭代以優(yōu)化下游用戶端解決方案。

（三）內(nèi)生智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

機(jī)器學(xué)習(xí)、AI技術(shù)將在6G端到端網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、部署、運(yùn)營階段中發(fā)揮決定性作用[13]。內(nèi)生智能在6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)內(nèi)部提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練、模型推理、模型評估等AI工作流的完整運(yùn)行環(huán)境，將AI服務(wù)所需的算力、數(shù)據(jù)、算法、連接與網(wǎng)絡(luò)功能、協(xié)議、流程進(jìn)行深度融合，支持AI能力按需編排，為高水平網(wǎng)絡(luò)自治、多樣化業(yè)務(wù)需求提供智能化基礎(chǔ)能力[14]。6G將構(gòu)建開放融合的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不僅增強(qiáng)管道連接的性能，更要實現(xiàn)從傳統(tǒng)的云AI向網(wǎng)絡(luò)AI的轉(zhuǎn)變。內(nèi)生智能網(wǎng)絡(luò)對內(nèi)能夠利用AI來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、增強(qiáng)用戶體驗，對外能夠為各行業(yè)用戶提供實時AI服務(wù)。

相比于美國6G研究組織在云原生技術(shù)和生態(tài)體系方面的進(jìn)展，我國在內(nèi)生智能以及云和6G融合方面的研究仍處于起步階段。發(fā)達(dá)國家保持著整體發(fā)展優(yōu)勢，以高質(zhì)量研發(fā)、高質(zhì)量人才、AI芯片、投資融資環(huán)境等為基礎(chǔ)優(yōu)勢。我國僅在超級計算機(jī)、AI應(yīng)用、大數(shù)據(jù)等方面具有應(yīng)用層面的優(yōu)勢。面向未來發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界面臨著網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)體系標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、核心基礎(chǔ)算法研究不足、訓(xùn)練數(shù)據(jù)不開放、必要的驗證環(huán)境缺乏等迫切問題，需要著力破解。

（四）算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

算力網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)為中心，將計算、存儲能力視為可調(diào)動的資源，強(qiáng)調(diào)算力資源的評估、交易和調(diào)度[15]。在網(wǎng)絡(luò)和計算深度融合的趨勢下，網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需要網(wǎng)絡(luò)和計算相互感知、高度協(xié)同，算力網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)泛在計算互聯(lián)，云、網(wǎng)、邊高效協(xié)同，據(jù)此提高網(wǎng)絡(luò)和計算資源的利用效率，實現(xiàn)實時準(zhǔn)確的算力發(fā)現(xiàn)、靈活動態(tài)的調(diào)度服務(wù)、具有一致性的用戶體驗（見圖4）。

圖4 算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前，我國在芯片與計算領(lǐng)域面臨著較大發(fā)展壓力。一方面，算力需求持續(xù)增長已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的常態(tài)；另一方面，算力的來源是芯片，而芯片成為我國科技領(lǐng)域發(fā)展受制于人的主要問題。因國際局勢變化帶來的供應(yīng)鏈安全問題、計算成本激增問題，成為我國計算相關(guān)產(chǎn)業(yè)必須面對的發(fā)展困境。發(fā)展算力網(wǎng)絡(luò)，除了依靠通信技術(shù)進(jìn)步，也需在計算相關(guān)產(chǎn)業(yè)積極布局，盡快破解“卡脖子”環(huán)節(jié)。

此外，我國異構(gòu)計算產(chǎn)業(yè)布局亟待完善。異構(gòu)計算相關(guān)產(chǎn)業(yè)是算力網(wǎng)絡(luò)落地應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而國內(nèi)在異構(gòu)計算相關(guān)的加速器、編譯器、工具鏈等基礎(chǔ)能力上投入不足，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)成熟度整體不高。網(wǎng)絡(luò)、計算產(chǎn)業(yè)融合不深，仍處于簡單疊加狀態(tài)，如設(shè)備之間的交互接口、信令協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，難以支持算網(wǎng)資源的靈活調(diào)度與高效融合。

四、6G安全技術(shù)研發(fā)進(jìn)展及競爭力研判

6G安全技術(shù)是實現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用的前提和重點，按照網(wǎng)絡(luò)中生效的層級可分為物理層安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層安全技術(shù)、數(shù)據(jù)安全及隱私保護(hù)技術(shù)。我國在6G物理層安全技術(shù)探索和研發(fā)上達(dá)到世界先進(jìn)水平，但在網(wǎng)絡(luò)層安全、數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)等技術(shù)方向仍處于追趕狀態(tài)，整體呈現(xiàn)“硬強(qiáng)、軟弱”的發(fā)展特點。

（一）物理層安全技術(shù)

物理層安全技術(shù)主要基于信道本身的物理性質(zhì)來防止信息遭到監(jiān)聽或破壞。無線物理層安全技術(shù)作為保障6G網(wǎng)絡(luò)安全的重要手段之一，可為6G業(yè)務(wù)提供低復(fù)雜度、高能效的輕量級安全防護(hù)機(jī)制。① 超大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）可為6G網(wǎng)絡(luò)提供更高的頻譜效率、能量效率和靈活性，應(yīng)用波束賦形、基于人工噪聲插入的干擾等方式提升物理層通信的安全性[16]。② IRS技術(shù)采用可編程新型超材料，通過數(shù)字編碼對電磁波進(jìn)行主動的智能調(diào)控，從而突破傳統(tǒng)無線信道的不可控局限性，實現(xiàn)信道精細(xì)化感知和信道定制化生成；克服傳統(tǒng)通信安全范式下因電磁環(huán)境的不確定性和不可操控性帶來的保密信息易泄露、面臨復(fù)雜干擾等問題，改變現(xiàn)有“外掛式”無線通信系統(tǒng)安全機(jī)制造成的通信與安全掣肘、能效低下的情況，提升網(wǎng)絡(luò)的整體安全性能。③ 可見光通信（VLC）技術(shù)是使用可見光作為信息載體的新型無線通信方式、具有獨(dú)特安全特性的輔助通信手段，光保真技術(shù)的發(fā)明推動了VLC技術(shù)的實用化[17]；利用可見光無法穿透遮擋物、對電磁不敏感的特點，有效避免傳輸信息被外部惡意截獲，可作為射頻通信以外的一種輔助性通信技術(shù)。④ 太赫茲通信技術(shù)處于電子學(xué)向光子學(xué)過渡的領(lǐng)域，兼具波通信不易受影響、光通信指向性良好的特點，可實現(xiàn)更好的保密性以及抗干擾、抗截獲能力。

我國在電磁超材料領(lǐng)域的研究起步較早，具有較好的平面透射陣列產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。超大規(guī)模MIMO技術(shù)與之密切相關(guān)。我國在世界上率先啟動電磁超材料標(biāo)準(zhǔn)化工作，目前實現(xiàn)了超材料底層技術(shù)的專利覆蓋，為利用超大規(guī)模MIMO實現(xiàn)6G物理層安全筑牢基礎(chǔ)。IRS賦能物理層安全技術(shù)由我國科學(xué)家率先提出，獲得了其他國家跟進(jìn)研究，但實用化面臨著硬件、測量等方面的挑戰(zhàn)[18]。我國VLC技術(shù)研究起步較晚，但近年來取得了一批實質(zhì)性研究成果，在系統(tǒng)帶寬、安全實時傳輸、離線傳輸速率等指標(biāo)上接近世界先進(jìn)水平；受制于材料水平，VLC設(shè)備小型化困難，僅支持單點對單點傳輸，缺少專用集成電路[19]。我國在太赫茲通信技術(shù)研發(fā)方面部分達(dá)到世界先進(jìn)水平[20]，但太赫茲通信系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用仍存在太赫茲器件體積較大、集成度不高、發(fā)射功率有限等難點。

當(dāng)前，物理層安全技術(shù)面臨的現(xiàn)實難題是功能實現(xiàn)對半導(dǎo)體材料及集成電路工藝、先進(jìn)天線技術(shù)、系統(tǒng)資源分配優(yōu)化、信道建模方法等均提出了較高的要求[21]。為此，物理層安全理論可依托我國5G發(fā)展積累的優(yōu)勢基礎(chǔ)予以突破；在硬件開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，推動關(guān)聯(lián)領(lǐng)域開展跨學(xué)科、跨行業(yè)合作以實現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同；面向我國龐大的安全通信市場需求，依托齊全的產(chǎn)業(yè)鏈來實現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速高效發(fā)展。

（二）網(wǎng)絡(luò)層安全技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)層支持實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)透明傳送。6G 網(wǎng)絡(luò)的連接密度將達(dá)到1×107個連接 /km2，傳統(tǒng)安全技術(shù)難以承擔(dān)如此負(fù)荷的監(jiān)控與防御任務(wù)，使6G網(wǎng)絡(luò)層安全面臨極大挑戰(zhàn)。① 無線AI技術(shù)通過學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)安全能力彈性編排、全局資源調(diào)動與精確風(fēng)險控制等功能，提升網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品中威脅情報的自動化部署能力和安全能力自適應(yīng)水平，充分匹配外部和內(nèi)部威脅的復(fù)雜變化。② 區(qū)塊鏈技術(shù)能夠適應(yīng)6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)趨于去中心化、與現(xiàn)有中心式架構(gòu)兼容共存的組織形式。在新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的驅(qū)動下，6G信任模型可適應(yīng)性地引入去中心化模式，構(gòu)建更加包容的多模態(tài)信任模型，同時支持中心式、第三方驗證 / 背書的信任模式，基于去中心化的多方共識模式。③ 輕量級接入認(rèn)證技術(shù)面向6G網(wǎng)絡(luò)多域異構(gòu)互聯(lián)、海量多源終端隨機(jī)接入、跨域交叉認(rèn)證與可信訪問、通信低時延等特點及應(yīng)用需求，在保證安全性的前提下設(shè)計輕量級接入認(rèn)證協(xié)議；簡化協(xié)議字段，引入跨域多身份統(tǒng)一管理、終端跨域接入的信任傳遞、海量差異化終端接入識別等功能，實現(xiàn)多認(rèn)證體制下海量6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶的跨域隨機(jī)接入。

國外在討論6G與內(nèi)生安全時更針對專長方向，注重特定技術(shù)或策略，如6G內(nèi)生安全在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)[22]、去蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)[23]中的應(yīng)用。相比之下，國內(nèi)側(cè)重于整體架構(gòu)研究，如提出了具有內(nèi)生安全特性的改進(jìn)型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及相應(yīng)的核心技術(shù)[24]。未來，可快速把握AI與網(wǎng)絡(luò)安全在技術(shù)、數(shù)據(jù)、模型等層面的最佳結(jié)合點，盡快形成網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的“技術(shù)差”“應(yīng)用差”，建立對抗技術(shù)博弈優(yōu)勢，掌握網(wǎng)絡(luò)空間發(fā)展的主動權(quán)。以國家實驗室等優(yōu)勢機(jī)構(gòu)為依托，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全攻防對抗靶場，通過科學(xué)評估、技術(shù)挑戰(zhàn)賽、測試驗證等形式推動網(wǎng)絡(luò)層安全技術(shù)發(fā)展；重視基礎(chǔ)科學(xué)突破對安全領(lǐng)域帶來的顛覆性影響，如密碼學(xué)理論進(jìn)展將對高效接入認(rèn)證協(xié)議造成積極或消極的影響。

（三）數(shù)據(jù)安全及隱私保護(hù)技術(shù)

數(shù)據(jù)安全及隱私保護(hù)技術(shù)位于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之上，也是網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，承擔(dān)著防止數(shù)據(jù)不因偶然和惡意的原因遭到破壞、更改、泄露的任務(wù)。在6G網(wǎng)絡(luò)場景下，無線通信將與移動計算技術(shù)結(jié)合，相應(yīng)數(shù)據(jù)具有多源異質(zhì)、跨域訪問、信任體制多樣的特點，網(wǎng)絡(luò)將訪問更多用戶的隱私信息。這就驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)對隱私信息的精準(zhǔn)感知與動態(tài)度量，隱私保護(hù)機(jī)制的優(yōu)化組合與按需保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)分治、自治和安全計算等提出了較高要求。6G網(wǎng)絡(luò)具有多網(wǎng)融合特點，基于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的資源分配策略能夠保障數(shù)據(jù)的可信共享與安全交換。信息流轉(zhuǎn)路由控制、跨境 / 跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳播管控、面向資源切片的流轉(zhuǎn)監(jiān)測等功能，為大規(guī)模數(shù)據(jù)的監(jiān)測與資源調(diào)度提供了技術(shù)支撐。此外，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密也是重要的保護(hù)方式，而隨著量子計算理論的發(fā)展，部分經(jīng)典模型下的計算困難問題可在量子計算模型下進(jìn)行有效求解，也使現(xiàn)有的密碼算法面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。需要考慮采用抗量子攻擊密碼來保證6G網(wǎng)絡(luò)的安全性。

從國際網(wǎng)絡(luò)安全市場的角度看，美國企業(yè)占據(jù)著主導(dǎo)地位，在市場規(guī)模、技術(shù)實力、產(chǎn)品性能、服務(wù)水平上領(lǐng)先其他國家的企業(yè)。我國網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅速，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模較?。ㄔ趪H市場份額中的占比不到10%），而從業(yè)公司超過2000家，相應(yīng)市場競爭十分激烈。我國在量子領(lǐng)域具有國際競爭力，但其中的抗量子密碼算法方向與世界先進(jìn)水平存在一定差距。在未來6G的發(fā)展情境下，采取“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同并突出市場需求驅(qū)動，開展數(shù)據(jù)安全及隱私保護(hù)技術(shù)研究、新興關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，以盡快達(dá)到國際發(fā)展前沿。

五、6G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)建議

（一）技術(shù)攻關(guān)

開展關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，前瞻布局無線通信、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、安全保障等研究，增強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究和核心技術(shù)攻關(guān)能力。當(dāng)前在役的5G網(wǎng)絡(luò)，其自主優(yōu)化、自主維護(hù)能力亟待優(yōu)化和加強(qiáng)。應(yīng)在無線AI、大規(guī)模陣列天線、智能感知與自適應(yīng)控制等無線核心技術(shù)方向上予以突破并盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，以AI、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與各領(lǐng)域的深度融合應(yīng)用為導(dǎo)向，推動6G無線技術(shù)盡快從實驗室研發(fā)轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

5G聚焦增強(qiáng)移動寬帶服務(wù)，而對于海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入，高可靠、低時延服務(wù)等應(yīng)用的支撐力度不足。完善6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的頂層方案及規(guī)劃，在分布式網(wǎng)絡(luò)、“空天地”一體化組網(wǎng)、內(nèi)生智能網(wǎng)絡(luò)等核心方向上開展重點攻關(guān)。以提升網(wǎng)絡(luò)能力為直接目標(biāo)，構(gòu)建適配多樣化應(yīng)用需求的網(wǎng)絡(luò)開放平臺，以6G網(wǎng)絡(luò)能力的跨越式發(fā)展來服務(wù)全行業(yè)、全場景的業(yè)務(wù)需求。

5G的網(wǎng)絡(luò)安全、用戶隱私保護(hù)等能力有所不足，存在對抗安全隱患。6G網(wǎng)絡(luò)中將有海量的異構(gòu)終端，對高精度接入且可信的保障要求高，需要構(gòu)建6G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全可信體系。重點開發(fā)以超大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、IRS、VLC等為主要內(nèi)容的6G安全內(nèi)生技術(shù)，推動區(qū)塊鏈安全技術(shù)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等安全應(yīng)用的深化發(fā)展。

（二）保障支撐

在創(chuàng)新保障方面，增強(qiáng)6G技術(shù)支撐能力，通過戰(zhàn)略引導(dǎo)、“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新等方式推動6G技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究。注重6G網(wǎng)絡(luò)終端、框架、軟件安全方面的技術(shù)升級，促進(jìn)6G技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)保護(hù)的統(tǒng)籌發(fā)展。實施科技專項牽引，支持高校、企業(yè)、科研院所聯(lián)合開展6G技術(shù)研發(fā)，突出實踐與驗證，避免技術(shù)發(fā)展過度理論化。

在產(chǎn)業(yè)支撐方面，圍繞6G技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)新，支持新型感知網(wǎng)絡(luò)、新型能源、車輛網(wǎng)賦能智慧城市等新型基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。建設(shè)6G網(wǎng)絡(luò)示范項目，開展無線農(nóng)業(yè)、低空經(jīng)濟(jì)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等互聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用。推動各行業(yè)開放數(shù)據(jù)接口，激發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用和服務(wù)需求，支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動型應(yīng)用研發(fā)，加快技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

在擴(kuò)大內(nèi)需方面，結(jié)合國家和地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際，挖掘行業(yè)和個人用戶對6G業(yè)務(wù)多樣化的需求以提高相應(yīng)消費(fèi)潛能。培育新型內(nèi)需體系，鼓勵以6G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新型互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式探索，利用6G技術(shù)推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)更好服務(wù)和融入新發(fā)展格局。

在人才保障方面，建議實施靈活高效的人才引進(jìn)、培養(yǎng)、評價及激勵政策。通過高層次拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)，為青年科研人才發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)平臺；設(shè)立人才儲備庫，實施面向青年人才的“揭榜掛帥”項目模式。構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新模式，實施技術(shù)挑戰(zhàn)賽制，吸引各方面人才參與6G發(fā)展生態(tài)建設(shè)。

（三）國際合作

提高6G產(chǎn)業(yè)的國際競爭力、深化6G核心技術(shù)研發(fā)及數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需要與全球通信產(chǎn)業(yè)開展密切合作。建議國內(nèi)運(yùn)營商、設(shè)備商積極參與或組建國際聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊，國內(nèi)高校與海外高校開展科技交流和合作研究。積極參與6G國際標(biāo)準(zhǔn)制定，擴(kuò)大我國6G標(biāo)準(zhǔn)方案的國際影響力，避免國內(nèi)國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)的分裂。

參與完善數(shù)字貿(mào)易規(guī)則，秉持互利共贏原則，推動建立公平透明的國際數(shù)字貿(mào)易規(guī)則體系。圍繞6G關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)共性產(chǎn)業(yè)體系，聯(lián)合開展跨境示范研究和應(yīng)用，共同推動6G技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。優(yōu)化全球供應(yīng)鏈布局，共享信息基礎(chǔ)設(shè)施，拓展6G數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的新場景。

利益沖突聲明

本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財務(wù)沖突。

Received date:August 3, 2023;Revised date:November 28, 2023

Corresponding author:Zhu Guangxu is an associate research fellow from Shenzhen Research Institute of Big Data. His major research field is wireless communication. E-mail: gxzhu@sribd.cn

Funding project:Chinese Academy of Engineering project “Research on National Grain Security Strategy in the Context of Dual Circulation”(2022-XBZD-03)