“6G”,怎样改变我们的生活?

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来源:北京日报

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作为 5G 的下一代通信技术,6G 有何先进之处?将给我们的生活带来哪些改变?

编辑:感知芯视界

今年以来,6G(第六代移动通信技术)成为通信行业的高频词,多次被提及。就在不久前,工信部部长金壮龙在第 31 届中国国际信息通信展览会上表示,将前瞻布局下一代互联网等前沿领域,全面推进 6G 研发。

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01 什么是第六代移动通信技术

通信是人类历史上最悠久的基本活动之一。为了打破时间和空间的限制,人类很早就尝试了烽火狼烟、车马邮驿、飞鸽传信等多种通信方式。19 世纪出现的电报、电话有线通信,大大提高了通信效率,但直到 20 世纪 80 年代第一代移动通信技术(1G)诞生后,才实现了有线到无线的飞跃。

目前全球主要经济体已纷纷启动 6G 研发,业界预期将于 2025 年底前后启动 6G 国际标准制定工作,力争在 2030 年具备商用能力。我国移动通信从 1G 到 5G 历经 30 余年发展,如今在 6G 技术研发领域已经在协同创新体系构建、6G 场景与需求定义、关键技术研究等方面积累了一定优势,与西方发达国家总体保持同步。那么,究竟什么是 6G 呢?

有人说 6G 是太赫兹技术,它将带来超高的传输速率;也有人说 6G 是卫星通信,它将实现移动通信网络的全域覆盖;还有人说 6G 就是 5G+AI(人工智能),是人工智能在 5G 网络中的一个应用体现。

这些理解其实都比较片面。相比于过去传统移动通信网络仅能提供单一的通信能力,6G 是通感算智深度融合、天地一体全域覆盖的新一代移动信息网络,将推动新型信息基础设施建设,面向未来提供无所不达的网络连接、无所不在的网络算力、无所不及的网络智能。

要实现这一目标,6G 的网络与 5G 相比在速率、时延、可靠性等诸多性能指标上有颠覆性的提升,例如,6G 的速率较 5G 将大幅提升 10 倍以上,用户体验速率达到 1Gbps,相当于用户可随时随地获得千兆宽带服务(5G 体验速率为 100Mbps,相当于百兆宽带)。另一方面,6G 可融合感知、计算、AI、大数据、安全等多种能力,这是 5G 网络目前难以支持的。6G 将基于无处不在的大数据,把 AI 的能力赋予各个领域的应用,通过智慧泛在实现万物智联。比如,机器人之间可以开展智能协同工作,人与虚拟助理之间可以自如交流。此外,利用 6G 网络分布式多节点协同感知能力,还可提升园区工业机器人运动控制、智能物流管理、人员 / 设备位置管理等应用的定位精度。

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026G 打造的“数字孪生世界”什么样

6G 的愿景是“数字孪生,智慧泛在”,听起来有些深奥,这到底能给老百姓的生活带来哪些变化呢?

6G 将提供全方位沉浸式的交互体验。相比传统通信网络仅能提供视觉和听觉的远程交互,6G 将支持全息通信等业务的应用,实现视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉多感官乃至情感的远程传输与交互,让人们足不出户就能拥有身临其境的体验。简单来说,人与人的交互将彻底打破地理位置的限制,远隔重洋的家人朋友或许可以来一个跨越大半个地球的“拥抱”;在家中便可漫步在虚拟的海滩上,感受到大海的壮阔与美丽,甚至“吹”到海风,“闻”到海水的味道。

6G 还将实现“数字孪生人”。现在走在技术前沿的“数智人”,是指能像真人一样跟用户交流、执行工作任务的 AI 虚拟人,然而 6G 时代的“数字孪生人”比“数智人”更高级。“数字孪生人”是指通过在人体内外部署大量传感器进行实时全量化数据收集、分析、建模等,在虚拟世界中构造出一个完整映射的“数字人”,实现人的“数字孪生”。“数字孪生人”最主要的一个应用场景就是远程医疗,有望明显缓解社会面临的医疗资源紧缺问题。拥有人体全量化数据信息的数字人,在 AI+ 大数据能力的加持下,可以预测人体健康状况,为疾病预防和精准治疗提供准确信息和行之有效的决策。

另外,6G 将实现“孪生工业”和“孪生农业”。孪生工业可以实现对产品全周期的监控和预测,提升生产与制造能效。例如,一台汽车从设计到原型样车再到量产走下生产线,少则需要两年时间,多则需要十年,但有了数字孪生技术就可以大大缩短这个周期,技术人员在电脑前就能看到生产现场的全貌,还能根据数字模型提前预见潜在问题并及时做出调整。同样,6G 在农业中的应用也是如此,比如在小麦的种植过程中,可以提前推演小麦的生长情况,最大化提升土地的利用率,还可以通过预测气象灾害来降低农田损失。

简言之,未来的现实世界将会在虚拟空间映射形成一个数字世界,6G 网络能够实现现实世界和数字世界的完美连接。数字世界能够反映现实世界的真实状态,并对现实世界的发展进行精准预测及维护,帮助人类提高生活质量,以及提高社会生产和治理的效率。

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035G 尚在发展为何这么早研究 6G

既然 6G 是更新一代的移动通信技术,那么它与现在正在发展的 5G 的关系是替代、补充还是共存呢?为何这么早就要开始研究 6G?

纵观通信发展历史,任何新一代移动通信网络的部署都不可能一蹴而就,必然要与上一代移动通信网络共存并协同发展。从 1G 到 5G,移动通信网络基本保持了大约每十年更新一代的节奏。

1G 的通信速率仅约 2.4Kbps,当时我国 1G 产业空白,只能依赖于进口。1993 年,我国第一个 2G 商用网络在浙江嘉兴开通,实现了从模拟到数字的飞跃,不再局限于语音通话,还支持发短信。21 世纪初,随着我国向国际电信联盟(ITU)提交了第一个拥有自主知识产权的 3G 标准 TD-SCDMA,国内移动通信产业迎来了重大发展,移动用户数首次超过固定电话用户数,移动通信开始成为主流,通信速率提升到可以支持浏览图片新闻的水平,促进了宽带通信的萌芽。随着智能手机的普及,移动通信很快进入下一代——拥有更高速率(可以支持多媒体业务)的 4G,实现了从窄带到宽带的飞跃,使移动支付、短视频、直播等移动互联网业务快速发展和普及。中国主导的 TD-SCDMA 也逐渐向 TD-LTE 演进,成为 4G 时代的两大国际主流标准之一。随后在全球移动通信产业的蓬勃发展中,5G 标准得到统一,TDD 技术成为主流,我国终于实现了标准引领和产业引领。

5G 开启了一个万物互联的新时代,实现了人与人、人与物、物与物的全面互联,以及信息的泛在可取,即随时随地的“连接”服务。从现阶段的情况来看,5G 的成功将对未来 6G 的发展起到至关重要的作用。回顾 3G 向 4G 的发展历程就能发现,3G 智能手机的出现,培育了移动互联网发展的刚性需求,也为 4G 移动互联网的蓬勃发展奠定了基础。同样,5G-Advanced(指 5G 技术演进的下一阶段,是 5G 和 6G 之间的过渡和衔接)的技术标准在持续演进和完善,将培育新的产业生态和商业模式,为 6G 实现“万物智联”奠定坚实基础。以 AI+IoT(物联网)为技术基础,便是“万物智联”时代的发展方向。

另外,6G 的一些重要潜在技术也成为 5G 演进的新技术方向,包括通信感知一体化、空天地一体化等。这些技术如果能在 5G 演进阶段得到一定的应用,也将为 6G 的发展奠定重要基础。

因此,按照通信产业“商用一代、预研一代”的发展节奏,随着 5G 大规模商用的推进,6G 便成为了全球移动通信产业下一步发展的主航道。

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04 推动全球统一标准避免产业分化

我国自 2018 年开始布局 6G 研发,加强基础理论和关键技术攻关,推动行业高质量发展,总体与全球发达国家保持同步。工信部成立 IMT-2030(6G)推进组,统筹推进我国 6G 研发工作,并启动 6G 单点技术试验测试;科技部布局“国家重点研发计划”6G 课题,积极推进 6G 总体和关键技术研究。此外,在北京市政府层面,市科委、中关村管委会也支持了 6G 空口关键技术与智简网络架构研究、云化无线网络开放平台研发和关键技术联合验证等科研方向。

目前,各国都在加速研发 6G 移动通信技术,能否形成类似 5G 的全球统一国际标准,尚存在不确定性。标准分化将导致产业分化,产业分化则无法形成产业合力,进而导致网络与终端设备研发成本增加、网络运维成本增加、网络服务质量降低,最终会影响到广大网络使用者的利益。因此,为了避免后续潜在的 6G 标准和产业的分化,积极倡导全球统一国际标准,仍然是全球产业共同的努力方向。

新形势下,综合研判国际宏观环境变化、产业基础布局等因素,6G 发展仍面临原创技术供给不够丰富、跨行业融合不够深入、产业根基不够牢固等挑战。未来 2 - 3 年是 6G 关键技术突破的关键窗口期,我们仍需要继续保持 3G 至 5G 时代在国际标准组织和产业中积淀的影响力,加大与 ITU、3GPP、NGMN 等移动信息领域国际标准组织和平台的紧密合作,全力推动 6G 朝着全球统一国际标准和开放产业生态的方向发展,及早做好 6G 技术和产业的充分准备。

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056G 有哪些关键技术

6G 关键技术大致可分为无线通信、无线组网和网络架构三大技术领域,其中主要包含“超大规模 MIMO、空口 AI、新型无线传输、异构融合组网、通信感知一体化、新型无源物联、新型网络架构、内生安全、空天地一体化、数字孪生网络”十大技术方向。

为了方便大家理解,这里以异构融合组网、通信感知一体化两个关键技术为例,来说说它们的作用和意义。

01、 异构融合组网

电磁波是无线通信的信息传播媒介,电磁波的频率宽度直接决定了信息传输的速率,频率带宽(简称带宽)越大、频率越多,信息传输速率就越大。6G 系统中可能使用的频率范围涵盖了低频段、中频段、高频段,甚至包含太赫兹、可见光等更高的频段,异构融合组网就是一种面向如何更有效使用更大带宽、更多频率的关键技术。

从 6G 网络的整体部署来看,6G 是考虑全频段的深度融合网络。也就是说,异构融合组网的网络覆盖由广域向全域立体扩展,其中,中低频段提供无缝网络覆盖,毫米波、太赫兹、可见光等高频段则可按需开启,提供更高的传输速率。

02、 通信感知一体化

通信感知一体化,顾名思义是将通信和感知两大功能协同的新型信息处理技术。早期感知功能主要在雷达领域应用,与通信并无太多交集。然而,随着 6G 新需求的涌现和 6G 新技术的研究,通信、感知在技术和功能层面的相似性被深度挖掘,两者“相互吸引”走向融合,使网络实现从传递信息到感知世界的重大变化。

试想一下,置身 6G 网络中,挥挥手便能“开”“关”家中的灯;戴上传感设备即可身临其境“看见”远方;驾车出行,有全方位感知系统形影不离地保驾护航;会思考的智能体、无人机等提供精准的个性化定制服务;无需医疗设备,即可完成健康监测……要做到这些,离不开高精度的定位、成像、动作识别、环境重构等能力,这就需要通过无线信号进行数据采集并进行高速实时数据分析,形成支持上述高感知分辨率和感知精度的指令。

通信感知一体化正是实现上述目标的关键技术,可以帮助人们“听见”和“看见”更加丰富多彩的世界,为“万物智联”奠定坚实基础。

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