6G全球最新進展及啟示

周鈺哲 滕學強 彭璐
當前,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起,大國間科技競爭和產(chǎn)業(yè)博弈持續(xù)加劇,世界主要國家和地區(qū)紛紛加速布局未來產(chǎn)業(yè),以構(gòu)筑未來競爭新優(yōu)勢。面向2030年商用的6G是典型的未來產(chǎn)業(yè),按照“使用一代,建設(shè)一代,研發(fā)一代”的移動通信發(fā)展節(jié)奏,全球6G競賽已經(jīng)拉開了帷幕。

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本文來自微信公眾號“工信頭條”,作者/周鈺哲 滕學強 彭璐 中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院無線電管理研究所。

當前,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起,大國間科技競爭和產(chǎn)業(yè)博弈持續(xù)加劇,世界主要國家和地區(qū)紛紛加速布局未來產(chǎn)業(yè),以構(gòu)筑未來競爭新優(yōu)勢。面向2030年商用的6G是典型的未來產(chǎn)業(yè),按照“使用一代,建設(shè)一代,研發(fā)一代”的移動通信發(fā)展節(jié)奏,全球6G競賽已經(jīng)拉開了帷幕。

6G的五維解構(gòu)

2023年6月,國際電信聯(lián)盟(ITU)完成了《IMT面向2030及未來發(fā)展的框架和總體目標建議書》(以下簡稱“建議書”)。該建議書作為6G綱領(lǐng)性文件,匯聚了全球6G愿景共識,描繪了6G目標與趨勢,提出了6G的典型場景及能力指標體系。業(yè)界對于6G商用演進時間節(jié)點看法較為一致,目前預期將在2030年左右開始商用,因此未來3~5年將是6G布局搶位的關(guān)鍵窗口期。

相較于5G,6G將依托內(nèi)生智能的新型網(wǎng)絡(luò)、通信感知一體化等潛在關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)更高的速率、更大規(guī)模的連接、更高的可靠性和確定性等網(wǎng)絡(luò)性能??梢詮奈鍌€維度來具體解構(gòu)6G。

一是從數(shù)字社會發(fā)展需求來看,6G將實現(xiàn)人、機、物的連接,實現(xiàn)物理世界與虛擬世界的連接。同時,有望將感知與人工智能等能力融合到網(wǎng)絡(luò)中,成為承載新用戶、賦能新應(yīng)用的新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施,其總體愿景是基于5G愿景進一步擴展和升級。

二是從網(wǎng)絡(luò)接入方式看,6G包含多樣化的接入網(wǎng),如移動蜂窩、衛(wèi)星通信、無人機通信、可見光通信等。

三是從網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍看,6G愿景下將構(gòu)建跨地域、跨空域、跨海域的空—天—海—地一體化網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)真正意義上的全球無縫覆蓋。

四是從網(wǎng)絡(luò)性能指標看,6G在峰值速率、用戶體驗速率、頻譜效率、區(qū)域流量容量、連接密度、移動性、時延、可靠性、安全隱私與彈性性能等指標方面會有大的提升,在覆蓋能力、定位精度、感知相關(guān)能力、AI相關(guān)能力、可持續(xù)性、互操作性等方面將賦予新的性能,從而滿足各種垂直行業(yè)及個人多樣化的網(wǎng)絡(luò)需求。

五是從目標與趨勢來看,6G將推動實現(xiàn)包容性、泛在連接、可持續(xù)性、創(chuàng)新、安全性、隱私性與彈性、標準化與互操作、互通性等目標,支撐構(gòu)建包容性的信息社會,6G用戶與應(yīng)用將呈現(xiàn)泛在智能、泛在計算、沉浸式多媒體與多感官通信、數(shù)字孿生與擴展世界、智能工業(yè)、數(shù)字醫(yī)療與健康、泛在連接、感知與通信的融合、可持續(xù)性等趨勢。

6G潛在的應(yīng)用場景

6G潛在應(yīng)用場景可分為全覆蓋多樣化智能連接應(yīng)用、高保真擴展現(xiàn)實類應(yīng)用、智能化行業(yè)類應(yīng)用等三類。

一是全覆蓋多樣化智能連接應(yīng)用。該類場景主要是借助地面移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、無人機等空中平臺的靈活部署,以及各種超低功耗、超高精度智能連接技術(shù),實現(xiàn)全球范圍內(nèi)空、天、地、海立體空間內(nèi)近乎無死角的全球泛在連接。通過全覆蓋的高速網(wǎng)絡(luò),不但可以滿足常規(guī)環(huán)境下海量連接、超高傳輸速率的各種深度覆蓋需求,還能實現(xiàn)各種極端災害環(huán)境下的應(yīng)急通信、特種通信的實時智能化連接,實現(xiàn)信息的高效精準傳輸。該應(yīng)用涵蓋泛在連接和超大規(guī)模連接等典型場景,潛在的具體應(yīng)用場景包括:物聯(lián)網(wǎng)、空天地一體化通信、量子通信等。

二是高保真擴展現(xiàn)實類應(yīng)用。6G時代信息交互形式將進一步由AR/VR逐步演進至高保真擴展現(xiàn)實(XR)交互為主,甚至是基于全息通信的信息交互,最終將全面實現(xiàn)無線全息通信。用戶可隨時隨地享受全息通信和全息顯示帶來的體驗升級——視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺乃至情感,將通過高保真XR充分被調(diào)動,用戶將不再受到時間和地點的限制,身臨其境般地享受完全沉浸式的全息交互體驗。該應(yīng)用涵蓋沉浸式通信、感知與通信的融合等典型場景,潛在的具體應(yīng)用場景包括:沉浸式云XR、全息通信、感官互聯(lián)、虛擬旅游、虛擬建筑、虛擬演唱會等。

三是智能化行業(yè)類應(yīng)用。智能化是6G系統(tǒng)提供的一項重要服務(wù)能力,也是支持各種多維度、深層次智慧應(yīng)用的基礎(chǔ)。該應(yīng)用涵蓋人工智能與通信的融合等典型場景,潛在的具體應(yīng)用場景包括:智能工廠、智慧車聯(lián)網(wǎng)、新型智慧城市、數(shù)字孿生體、遠程精準醫(yī)療、自動駕駛、無人探險等。

作為未來產(chǎn)業(yè)重點領(lǐng)域,6G將廣泛應(yīng)用于娛樂生活、醫(yī)療健康、工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、教育培訓、農(nóng)林牧漁等領(lǐng)域,創(chuàng)造新的商業(yè)模式和價值點,推動移動通信網(wǎng)絡(luò)與垂直行業(yè)融合應(yīng)用快速推廣。

全球6G最新進展

ITU在2020年初的第34次國際電信聯(lián)盟無線電通信部門5D工作組(ITU-R WP5D)會議上,正式啟動了6G研究工作,并初步形成了6G研究時間表和《未來技術(shù)趨勢研究報告》撰寫計劃。5D工作組于2022年6月完成了《未來技術(shù)趨勢研究報告》的撰寫,為6G研究方向的明確奠定了基礎(chǔ)。2023年6月,ITU-R WP5D第44次會議發(fā)布了《IMT面向2030及未來發(fā)展的框架和總體目標建議書》,匯聚了全球6G的愿景和共識。

第三代合作伙伴計劃(3GPP)于2019年公布了6G標準化時間表,預計將在2025年至2028年進行6G技術(shù)的標準化。但由于受到全球新冠疫情和5G演進技術(shù)標準延后的影響,業(yè)界預計6G標準化將推遲至2026年到2030年。

發(fā)達國家積極搶占6G戰(zhàn)略制高點

美國聯(lián)合盟友開展技術(shù)標準研究,積極建立自己主導的6G生態(tài)圈。2019年3月,聯(lián)邦通信委員會(FCC)在全球率先開放95GHz至3THz 6G試驗頻譜。2020年10月,美國還積極聯(lián)合盟友開展研發(fā)活動,美國電信行業(yè)解決方案聯(lián)盟聯(lián)合日本、歐盟、韓國等國家和地區(qū)的主流ICT企業(yè)共同組建Next G聯(lián)盟,推動6G全流程合作。2020年,眾議院通過《促進美國在無線領(lǐng)域的領(lǐng)導地位法案》,要求提高美國在6G無線通信網(wǎng)絡(luò)標準制定中的領(lǐng)導地位。2021年12月,眾議院通過《未來網(wǎng)絡(luò)法案》,要求盡快建立由政府、企業(yè)、公共利益團體組成的6G工作組。2021年12月,新美國安全中心(CNAS)發(fā)布《邊緣網(wǎng)絡(luò),核心政策:保護美國的6G未來》報告,總結(jié)了美國推動5G發(fā)展的“經(jīng)驗教訓”,并對加強美國未來6G競爭力提出相應(yīng)建議。2021年,美日宣布將通過共同投資45億美元推動在6G及網(wǎng)絡(luò)安全方面的合作,包括6G技術(shù)試驗、標準研究等。2022年2月,Next G聯(lián)盟發(fā)布《6G路線圖》,確立了6G遠景目標、技術(shù)方向和發(fā)展路線。2022年3月,Keysight公司獲得6G試驗牌照。2023年5月初,美國6G聯(lián)盟發(fā)布6G垂直行業(yè)路線圖,提出了將相關(guān)需求轉(zhuǎn)化為技術(shù)成果,共同投資6G To B概念驗證和測試平臺,直接把相關(guān)需求連接至市場等目標。

歐盟整合區(qū)域內(nèi)多國力量共同推動6G研究。2021年1月,歐盟6G旗艦計劃Hexa-X項目正式啟動,該項目由諾基亞牽頭,聯(lián)合愛立信、西門子、阿爾托大學、英特爾、Orange等22家企業(yè)、大學和研究機構(gòu),聚焦6G的應(yīng)用場景與關(guān)鍵技術(shù)。歐洲各國通過設(shè)立研究中心、財政支持、國際合作等手段,積極推動6G研究。2023年1月,歐盟旗艦計劃Hexa-X-II正式啟動,為期兩年半,其研究重點聚焦6G的系統(tǒng)化和預標準化,合作伙伴的成員名單也從25個增加到44個。歐盟領(lǐng)導的6GIA(6G基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)盟)和SNS(歐洲智能網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)伙伴關(guān)系)在2023年計劃投入1.32億歐元,聚焦6G相關(guān)研究。

韓國通過政產(chǎn)學研協(xié)作搶跑6G研發(fā)布局。2019年4月,韓國成立了“6G研究小組”,推動6G核心技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展,并宣布將于2028年率先實現(xiàn)6G商用,還成立了由科學和信息通信技術(shù)部、運營商、設(shè)備企業(yè)、中小企業(yè)、研究機構(gòu)的專家組成6G研發(fā)戰(zhàn)略委員會,組織政產(chǎn)學研各界力量定期召開研討會,并制定研究項目。三星電子、LG、SK電信等韓國通信巨頭均組建了企業(yè)6G研究中心或?qū)嶒炇?。SK電信還表示,將與愛立信和諾基亞共同研發(fā)超可靠、低延遲無線網(wǎng)絡(luò)和多輸入多輸出天線技術(shù)等6G相關(guān)技術(shù)。2023年2月,韓國科學技術(shù)信息通信部通過“K-NETWORK 2030”戰(zhàn)略,旨在開發(fā)世界級的6G技術(shù),并率先商用。

日本積極參與6G的國際合作。2020年,日本總務(wù)省推出了“6G綜合策略”和“Beyond 5G推進戰(zhàn)略”,并設(shè)立由政產(chǎn)學研各方組成的Beyond 5G推廣聯(lián)盟,負責戰(zhàn)略的推進落實和跨部門協(xié)調(diào)。“Beyond 5G推進戰(zhàn)略”設(shè)立500億日元的6G研究基金,用于資助6G核心技術(shù)研究、測試驗證等,并加強公私合作。日本還積極與美國、荷蘭開展6G技術(shù)聯(lián)合研發(fā),Beyond 5G推廣聯(lián)盟分別與北美Next G聯(lián)盟和歐盟6G旗艦項目Hexa-X簽署合作協(xié)議。日本總務(wù)省計劃在2023財年的預算中撥出662億日元(約32.64億元)作為6G無線網(wǎng)絡(luò)的研究基金,該基金計劃設(shè)立在國家信息與通信技術(shù)研究所。

我國的6G戰(zhàn)略布局與技術(shù)研發(fā)

從國家戰(zhàn)略層面看,一方面,我國早在2019年就建立了完善的6G推進組織,由工信部牽頭成立中國IMT-2030(6G)推進組,為產(chǎn)業(yè)界、研究機構(gòu)、基礎(chǔ)運營商等搭建產(chǎn)學研用平臺,加強國際合作交流和技術(shù)研發(fā);由科技部會同有關(guān)部門成立了國家6G技術(shù)研發(fā)推進工作組、國家6G技術(shù)研發(fā)總體專家組。另一方面,政府前瞻謀劃6G發(fā)展。2021年,“十四五”規(guī)劃綱要、《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”國家信息化規(guī)劃》等均提出要布局6G技術(shù)研發(fā)。2022年,國務(wù)院出臺《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》,提出前瞻布局6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)儲備,加大6G技術(shù)研發(fā)支持力度,積極參與推動6G國際標準化工作。

從學術(shù)界層面看,東南大學、北京郵電大學、電子科技大學、紫金山實驗室、中國航天科工二院等院校、科研機構(gòu)開展了大量6G相關(guān)的技術(shù)研究,并取得一系列關(guān)鍵研究成果。2022年6月,在中國移動主辦的2022年科技周暨移動信息產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新大會上,北京郵電大學-中國移動研究院聯(lián)合創(chuàng)新中心發(fā)布了6G通用原型驗證系統(tǒng)和面向6G的多頻段信道測量平臺。2022年11月,電子科技大學研發(fā)的6G試驗衛(wèi)星“電子科技大學號”順利發(fā)射升空,進入預定軌道。2023年4月,中國航天科工二院25所完成了國內(nèi)太赫茲軌道角動量的實時無線傳輸通信實驗,這一成果被認為是我國6G通信技術(shù)發(fā)展的重要保障和支撐,為未來高速數(shù)據(jù)傳輸提供了巨大的可能性。

從產(chǎn)業(yè)界層面看,我國電信運營商、主流設(shè)備商,及產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)也緊跟國家發(fā)展布局,積極探索6G愿景需求、潛在技術(shù)方向、應(yīng)用場景,通過組建研發(fā)團隊、開展技術(shù)交流、搭建產(chǎn)業(yè)合作平臺、參與國際組織研究項目等方式,推動6G關(guān)鍵技術(shù)、標準研究、技術(shù)測試、實驗驗證等。

從全球6G專利排行方面看,我國6G專利占比延續(xù)5G以來的全球領(lǐng)先優(yōu)勢。根據(jù)2021年4月發(fā)布的《6G通信技術(shù)專利發(fā)展狀況報告》,我國6G技術(shù)的專利申請量已經(jīng)達到3.8萬項,相關(guān)技術(shù)專利占全球6G技術(shù)的比重達到35%,位居全球第一。同時,根據(jù)日本權(quán)威研究機構(gòu)的數(shù)據(jù),我國同樣以40.3%的6G專利申請量高居榜首,美國以35.2%的占比緊隨其后,日本以9.9%排名第三,其次是歐洲的8.9%和韓國的4.2%。

我國6G發(fā)展面臨的形勢與挑戰(zhàn)

隨著我國5G規(guī)?;逃每焖偻七M,基于5G技術(shù)儲備和產(chǎn)業(yè)推進的先進經(jīng)驗,我國在6G性能指標、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及標準化、應(yīng)用場景示范等方面開展布局具備一定優(yōu)勢,為開展6G布局奠定了良好的基礎(chǔ)。與此同時,西方發(fā)達國家在持續(xù)與我國展開5G競爭的同時,也致力于通過6G前瞻布局和技術(shù)儲備重新掌握網(wǎng)絡(luò)通信的國際話語權(quán)。展望6G時代,我國將面臨比5G時代更為激烈的競爭。

未來3年到5年是6G研發(fā)與標準化的關(guān)鍵窗口期。目前,全球6G競賽已全面拉開帷幕。美國、歐盟、韓國、日本等國家和地區(qū)針對6G研發(fā)的戰(zhàn)略布局已全面展開,通過扶持重點項目和企業(yè),力圖提升6G國際標準主導權(quán)。我國必須牢牢抓住關(guān)鍵窗口期,出臺各種6G規(guī)劃、研發(fā)方案和專項政策,加速實現(xiàn)6G突破性發(fā)展。

6G關(guān)鍵核心技術(shù)有待突破。我國移動通信產(chǎn)業(yè)必要支撐環(huán)節(jié)的部分基礎(chǔ)核心技術(shù)基礎(chǔ)薄弱,如:毫米波/太赫茲通信、空天地融合移動通信、通感一體等,特別是在前沿原創(chuàng)性技術(shù)方面有待加強。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)相對遲滯。未來,6G是空地融合通信的時代,衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)作為空地通信的重要手段之一,將是6G重要的組成部分。目前,我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對美國來說比較滯后,亟待加快進程。

國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)和規(guī)則定義權(quán)有待加強。美西方在推進6G研發(fā)過程中組建了Next G聯(lián)盟、Hexa-X等跨國研發(fā)聯(lián)盟,將我國排斥在外。我國面臨被美歐日韓等進行6G生態(tài)“剔除”的風險,使我國6G標準和產(chǎn)品無法“走出去”。同時,還要警惕6G標準可能分裂的情況發(fā)生,進而削弱我國主導的6G標準和產(chǎn)品在國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)和規(guī)則定義方面的話語權(quán)。

推進我國6G發(fā)展的建議

完善頂層設(shè)計和協(xié)調(diào)機制。一是將6G上升為國家戰(zhàn)略,適時出臺6G發(fā)展的頂層設(shè)計,充分發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢和超大規(guī)模市場優(yōu)勢,鞏固提升我國移動通信產(chǎn)業(yè)的國際領(lǐng)先地位。二是充分發(fā)揮好IMT-2030(6G)推進組的基礎(chǔ)平臺作用,借鑒IMT-2020(5G)推進組的成功經(jīng)驗,豐富下設(shè)工作組的類別及工作任務(wù),在聚合產(chǎn)學研用力量、推動6G技術(shù)研究、開展國際交流與合作等方面作出更大貢獻。三是部門聯(lián)合開展6G與垂直行業(yè)試點示范,著眼豐富6G技術(shù)在重點行業(yè)的應(yīng)用場景,征集并遴選一批骨干單位協(xié)同攻關(guān),重點形成一批技術(shù)先進、性能優(yōu)越、效果明顯的6G標志性應(yīng)用,為6G與垂直行業(yè)的融合創(chuàng)新發(fā)展樹立標桿和方向。

強化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的頻譜支撐。一是積極開展未來網(wǎng)絡(luò)頻譜需求研究,做好產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導性頻譜資源儲備和釋放。二是盡快明確6G研發(fā)試驗用頻,積極推進6GHz、毫米波、太赫茲等候選頻段用于6G的研究和試驗工作,完善“低-中-高”頻譜資源聯(lián)合組網(wǎng)模式。三是加強衛(wèi)星頻率軌道資源申報和儲備,建立健全頻率協(xié)調(diào)機制,鼓勵民營企業(yè)利用多種手段提前進行資源申報及儲備,積極推進衛(wèi)星通信/衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與6G結(jié)合,加快構(gòu)建天地一體化立體融合網(wǎng)絡(luò)。

加快技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)培育。一是支持開展?jié)撛陉P(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用場景的前瞻研究和應(yīng)用試驗,突破基礎(chǔ)理論以及“從0到1”的原始技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用。二是聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)加快攻關(guān)突破??赏ㄟ^揭榜掛帥、科技創(chuàng)新基金等創(chuàng)新機制,引導企業(yè)加快技術(shù)攻關(guān)。三是增強產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)支撐能力。持續(xù)推動芯片、關(guān)鍵元器件、軟件、儀器儀表、模組等研發(fā)及應(yīng)用,全面提升6G產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力。四是借鑒我國5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成功經(jīng)驗,充分利用5G產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)設(shè)施和資源,整合移動通信領(lǐng)域產(chǎn)學研用力量,以商用需求為牽引,帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈形成6G產(chǎn)業(yè)發(fā)展合力,推動6G產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。

加大國際規(guī)則制定的參與力度。一是加大國際規(guī)則制定的參與力度,旗幟鮮明地表達推動全球6G統(tǒng)一標準的主張,爭取主導和廣泛參與ITU、3GPP等國際組織與6G標準化相關(guān)的工作,產(chǎn)學研界要在國際標準組織中圍繞6G安全議題輸送高質(zhì)量的研究成果,為我國6G技術(shù)和標準推廣鋪平道路。二是以更開放的姿態(tài)加強交流合作,借助中日韓、東盟等合作機制,助推我國與全球各區(qū)域國家在6G產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展方面達成有效共識。牽頭發(fā)起成立跨國6G行業(yè)聯(lián)盟,構(gòu)建開放聯(lián)合、公平透明的6G產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

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