“我还没有用上5G,你们又开始谈论6G?”在以6G为主题的内容下面,这样的网友回复并不少见。从2020年5G在中国开始大规模建设开始,到现在5G签约用户超过7亿,但如果让消费者说5G和4G的业务体验有什么大的不同,大部分消费者的感受除了网速快一些,其他差别甚微;另一方面,作为5G应用的突破重点,垂直行业的5G应用在一些领域中初见成效,有了些规模,但远没有到爆发阶段。

现在谈论6G,无论是需求还是技术方向都有些像雾里看花。但6G的研究热情一直高涨,不仅在中国,全球亦如此,对6G的技术研究项目繁多、期望值甚高。因此,到底6G要实现什么功能,应用于什么场景,采用什么技术,结合5G的进展,6G技术目前既是创新源头也是争议焦点。

进击的全球6G

从2020年开始,针对6G的研究就已经启动。因为从2G、3G、4G到5G,大约每十年移动通信技术更新一代。业界许多人相信这是一个规律,按此规律,到2030年6G将登台商用。业内专家认为移动通信的发展规律也可以用“商用一代、研究一代、储备一代”来概括。因此,当2020年5G在全球开始商用,6G研发就提上了议事日程,而一些6G技术应该早于此的数年前就开始有所储备。

世界主要国家和地区均已启动6G研究。欧盟提出相对清晰的规划路线图,在2020年第三季度完成了6G产学研框架项目;芬兰发布了6G白皮书《面向6G泛在无线智能的驱动与主要研究挑战》,对于6G愿景和技术应用进行了系统性展望;韩国政府提出“引领6G商业化”目标,计划2028年实现全球第一个6G商业用;日本发布B5G推进战略目标2025年完成6G基础技术研究,2030年商用;美国也从2018年开始6G研究,前期研究包括对6G芯片的研究,并在空天海地一体化通信特别是卫星互联网通信开展研究实践。

中国在“十四五”规划纲要中明确提出,要“前瞻布局6G网络技术储备”,先后成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组、IMT-2030(6G)推进组,推进6G各项工作。

6G研究首先要确定的是需求和应用场景,这同时要参考现有技术是否能够实现需求。如3G在研究之初确定的应用场景是在传语音的基础上能够传输图片和视频,传输速率要在1Mbps~10Mbps。4G的应用场景要实现对高清视频的传输,传输速率要在10Mbps~100Mbps。5G的应用场景则分为三种,一种是实现对VR/AR类视频的传输,传输速率在100Mbps~1Gbps;一种是实现工业场景的应用,网络要有确定的低时延和高可靠保障;还有一种是万物互联的应用,可以支持每平方公里接入百万级物联网终端。

IMT-2030(6G)推进组在2021年发布的《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》中对6G愿景做了这样的描述:6G将在5G基础上从服务于人、人与物,进一步拓展到支撑智能体的高效互联,实现由万物互联到万物智联的跃迁,最终助力人类社会实现“万物智联、数字孪生”美好愿景。

该《白皮书》进一步描述,未来6G业务将呈现沉浸化、智慧化、全域化等发展趋势,形成的沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等八大业务应用。通信感知、普惠智能、数字孪生等智慧化业务应用借助感知、智能等全新能力,在进一步提升6G通信系统性能的同时,还将助力完成物理世界的数字化,推动人类进入虚拟化的数字孪生世界。

6G愿景下的新技术

前几代移动通信发展事实已经证明,预测十年后的应用,是一件吃力不讨好的事情。“我们提的愿景,有些是能实现的,更多的是需要我们够一够才能实现的,还有一些是6G实现不了的,以后可能会实现。”中国工程院院士张平在谈6G愿景与关键技术时,为愿景的“不保真”做了伏笔。

在这样的愿景设计下,哪些技术会成为关键?

中国工程院院士张平认为,6G可以达到“灵”的境界,可以提供虚拟的物理空间、行为空间和精神空间。与5G时的通信、计算、控制相比,6G增加了第四个纬度——意识。意识会贯穿6G,表现在认知能力、内省能力和决策能力都更智能。提升意识需要算力的支持,6G的算力将比现在有百倍的提升。

与5G相同的是,6G技术目前主要涉及6G空口、6G网络架构两大方面。

张平说,从6G空口技术看,目前技术方向既有对传统技术的增强,也有创新技术。创新技术有基于AI的通信、新的通信感知功能、语义通信技术等,传统技术增强会体现在频谱、天线、多址、调制和编码等多个方面。太赫兹无线通信,可见光通信技术、动态频谱共享技术、全自由度双工、超大规模天线技术、智能超表面技术、无蜂窝大规模MIMO、NOMA技术(非正交)、新一代波形技术(对高速移动场景和高吞吐量场景采用不同的新波形)、新一代信道编码技术都在研究视野中。这些技术面临的挑战也不小,是需要够一够才能实现的。例如太赫兹通信,频谱越来越宽导致对器件的要求越来越高,太赫兹超大规模的MIMO和超小的等离子体天线单元都是支持太赫兹技术的器件,如果6G采用太赫兹,这两个将成为关键器件。

在6G网络架构上,中国工程院院士刘韵洁认为需要重点考虑6G网络的需求和目标,未来的新业务需要网络提供海量连接、高性能端到端传输时延、网内计算缓存及灵活接入处理能力,需要网络架构做出变革。全息通信、AR/VR、元宇宙等业务的发展,对网络提出了一系列新的要求与挑战,面向6G的未来网络将有巨大前景。确定性、可编程、云化、一体化安全也将成为未来网络的重要发展趋势,未来将从承载、管控、业务等方面,全方位提升网络能力。

在6G空口与网络架构之外,6G时期的天地空一体化网络也是备受关注的应用热点和技术热点。

6G愿景与实用性在“撕扯”

在研究这些新兴的通信技术的同时,对技术的可用性、实用性的质疑,也不绝于耳。中国电信研究院专家委副主任杨峰义的质疑和建议代表了运营商的角度。杨峰义说:“搞6G不可能脱离5G的现实,在网络系统中技术严重过剩。标准写了很多,但从结果看一些是没有用的,有些标准虽然有用,但使用价值很低,而这会导致我们的设备成本增加。”

“未来愿景的认识和现实是脱节的,我们太容易把10年、20年、30年后的事情放到今天来看,我们认为万物互联已经到时候了,但实际情况并没有那么理想,过早的把未来的愿景搬到今天来实现,导致研究与现实脱节,使很多系统在苦苦地挣扎,我们应该吸取教训。”杨峰义说,“通信系统越来越沉重,最后结果就是一层一层建下去,导致新业务做不好、业务重叠,客户体验差。”

“我们对行业应用的认识太浅了,在5G时我们说垂直行业应用是蓝海,但现在看很多行业5G是匹配不上的,希望我们在做6G时要做一些变革。所谓的技术驱动最后可能导致网络越来越重,而在大特性上又对运营商没有吸引力,这样就有问题了。”杨义峰说,“我们希望网络不要简单地做加法。”

定义6G时,移动性是基本保证。杨义峰表示,在挖掘高频毫米波、太赫兹的同时,也注重真正发挥频段的优势,要提供服务、提供价值,这才是我们要关注的,中国基础电信运营商的频段是低、中、高频都有,希望6G要把三个频段做整体考虑;网络要轻量化,在特殊场景下轻量化网络实现即插即用;网络要可编程和定制化,其中可编程比智能化更有意义。

中国工程院院士邬贺铨则从更深层的需求角度提出一系列观点,如6G不需要把在5G已经接近光速的基础上再提高10到100倍当成主要目标;大热的元宇宙不是6G应用的刚需;6G需要研究如何为工业应用划分专用的频率;低频段的挖潜应该是6G研究的着力点;而6G研究的痛点则是如何实现低成本的智简网络。

“我们国家重视6G的研究理所当然,但也要清醒认识到,不能因为竞争就不深入对6G的需求做研究,不下决心做长期的颠覆性原创技术研究,急于跟国外抢进度,脱离市场需要,反而容易被动。”邬贺铨说。