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6G来了!八大业务应用场景、十大潜在关键技术,如何掘金?

《国际电子商情》从信通院获悉,6月4日我国IMT-2030(6G)推进组发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书,标志着中国6G研发进程正式提速。该白皮书不仅介绍了中国6G的总体愿景,还基本明确了中国6G的八大业务应用场景、十大潜在关键技术,从潜在需求点的层面指引各通信厂商的技术研发投入方向……

八大业务应用场景

该白皮书指出,未来6G业务将呈现出沉浸化、智慧化、全域化等新发展趋势,进而形成以下八大业务应用,带来更加丰富多彩的社会生活场景。FWEesmc

(1)沉浸式云XRFWEesmc

扩展现实(XR)是虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)等的统称。云化XR技术中的内容上云、渲染上云、空间计算上云等将显著降低XR终端设备的计算负荷和能耗,摆脱了线缆的束缚,XR终端设备将变得更轻便、更沉浸、更智能、更利于商业化。FWEesmc

面向2030年及未来,网络及XR终端能力的提升将推动XR技术进入全面沉浸化时代。云化XR系统将与新一代网络、云计算、大数据、人工智能等技术相结合,赋能于商贸创意、工业生产、文化娱乐、教育培训、医疗健康等领域,助力各行业的数字化转型。FWEesmc

(2)全息通信FWEesmc

全息信息传递将通过自然逼真的视觉还原,实现人、物及其周边环境的三维动态交互,极大满足人类对于人与人、人与物、人与环境之间的沟通需求。FWEesmc

未来全息通信将广泛应用于文化娱乐、医疗健康、教育、社会生产等众多领域,使人们不受时间、空间的限制,打通虚拟场景与真实场景的界限,使用户享受身临其境般的极致沉浸感体验。FWEesmc

(3)感官互联FWEesmc

视觉和听觉一直是人与人之间传递信息的两种基本手段,除视觉和听觉外,触觉、嗅觉和味觉等其它感官也在日常生活中发挥着重要作用。面向2030年及未来,更多感官信息的有效传输将成为通信手段的一部分,感官互联可能会成为未来主流的通信方式,广泛应用于医疗健康、技能学习、娱乐生活、道路交通、办公生产和情感交互等领域。FWEesmc

为了支撑感官互联的实现,需要保证触觉、听觉、视觉等不同感官信息传输的一致性与协调性,毫秒级的时延将为用户提供较好的连接体验。安全方面,由于感官互联是多种感官相互合作的通信形式,为保护用户的隐私,通信的安全性必须得到更有力的保障,以防止侵权事件的发生。FWEesmc

(4)智慧交互FWEesmc

依托未来6G移动通信网络,有望在情感交互和脑机交互(脑机接口)等全新研究方向上取得突破性进展。具有感知能力、认知能力、甚至会思考的智能体将彻底取代传统智能交互设备,人与智能体之间的支配和被支配关系将开始向着有情感、有温度、更加平等的类人交互转化。FWEesmc

6G智慧交互应用场景,将融合语音、人脸、手势、生理信号等多种信息,人类思维理解、情境理解能力也将更加完善。FWEesmc

(5)通信感知FWEesmc

未来6G网络将可以利用通信信号实现对目标的检测、定位、识别、成像等感知功能,无线通信系统将可以利用感知功能获取周边环境信息,智能精确地分配通信资源,挖掘潜在通信能力,增强用户体验。毫米波或太赫兹等更高频段的使用将加强对环境和周围信息的获取,进一步提升未来无线系统的性能,并助力完成环境中的实体数字虚拟化,催生更多的应用场景。FWEesmc

例如构筑虚拟城市、智慧城市、环境污染源、空气含量监测和颗粒物(如PM2.5)成分分析等场景应用。FWEesmc

(6)普惠智能FWEesmc

到2030年,越来越多的个人和家用设备、各种城市传感器、无人驾驶车辆、智能机器人等都将成为新型智能终端。不同于传统的智能手机,这些新型终端不仅可以支持高速数据传输,还可以实现不同类型智能设备间的协作与学习。可以想象,未来整个社会通过6G网络连接起来的设备数量将到达万亿级,这些智能体设备通过不断的学习、交流、合作和竞争,可以实现对物理世界运行及发展的超高效率模拟和预测,并给出最优决策。FWEesmc

6G的智能设计还可以为无人机集群、智能机器人等无人系统提供实时动作策略,让无人终端高效、精准地利用资源,实现高效控制与高精度定位。图像、语音、温度等数据也可以用于智能学习与协作,AI将把局部数据连接起来,在特定环境下实现不同智能终端之间可靠、低时延的通信和协作,并且通过大数据不断学习持续提升工作效率和准确性。FWEesmc

(7)数字孪生FWEesmc

通过在数字世界挖掘丰富的历史和实时数据,借助先进的算法模型产生感知和认知智能, 数字世界能够对物理实体或者过程实现模拟、验证、预测、控制,从而获得物理世界的最优状态。FWEesmc

在医疗领域,医疗系统可以利用数字孪生人体的信息,做出疾病诊断并预判最佳治疗方案;在工业领域,通过数字域优化产品设计,可降低成本并提高效率;在农业领域,利用数字孪生进行农业生产过程的模拟和推演,可以提前预知不利因素,提高农业生产的能力与土地利用效率;在网络运维领域,通过数字域和物理域的闭环交互、认知智能、以及自动化运维等操作,网络可快速适应复杂多变的动态环境,实现规划、建设、监控、优化和自愈等运维全生命周期的“自治”。FWEesmc

(8)全域覆盖FWEesmc

随着业务的逐渐融合和部署场景的不断扩展,地面蜂窝网与包括高轨卫星网络、中低轨卫星网络、高空平台、无人机在内的空间网络相互融合,将构建起全球广域覆盖的空天地一体化三维立体网络,为用户提供无盲区的宽带移动通信服务。FWEesmc

全域覆盖将实现全时全地域的宽带接入能力,为偏远地区、飞机、无人机、汽车、轮船等提供宽带接入服务;为全球没有地面网络覆盖的地区提供广域物联网接入,保障应急通信、农作物监控、珍稀动物无人区监控、海上浮标信息收集、远洋集装箱信息收集等服务;提供精度为厘米级的高精度定位,实现高精度导航、精准农业等服务;此外,通过高精度地球表面成像,可实现应急救援、交通调度等服务。FWEesmc

十大潜在关键技术

为满足上述业务应用,白皮书提出了6G十大潜在关键技术方向,包括:FWEesmc

(1)内生智能的新空口和新型网络架构FWEesmc

第一, 内生智能的新型空口,即深度融合人工智能、机器学习技术,将打破现有无线空口模块化的设计框架,实现无线环境、资源、干扰、业务和用户等多维特性的深度挖掘和利用,显著提升无线网络的高效性、可靠性、实时性和安全性,并实现网络的自主运行和自我演进。FWEesmc

第二,内生智能的新型网络架构,即充分利用网络节点的通信、计算和感知能力,通过分布式学习、群智式协同以及云边端一体化算法部署,使得6G网络原生支持各类AI应用,构建新的生态和以用户为中心的业务体验。关键技术FWEesmc

(2)增强型无线空口技术FWEesmc

包括无线空口物理层基础技术、超大规模MIMO技术、带内全双工技术。FWEesmc

6G应用场景更加多样化,性能指标更为多元化,为满足相应场景对吞吐量/时延/性能的需求,需要对空口物理层基础技术进行针对性的设计。在调制编码技术方面,需要形成统一的编译码架构,并兼顾多元化通信场景需求;在新波形技术方面,需要采用不同的波形方案设计来满足6G更加复杂多变的应用场景及性能需求;在多址接入技术方面,非正交多址接入技术将成为研究热点,并将会从信号结构和接入流程等方面进行改进和优化。FWEesmc

超大规模MIMO技术是大规模MIMO技术的进一步演进升级,它可以在更加多样的频率范围内实现更高的频谱效率、更广更灵活的网络覆盖、更高的定位精度和更高的能量效率。FWEesmc

带内全双工技术通过在相同的载波频率上,同时发射、同时接收电磁波信号,与传统的FDD、TDD等双工方式相比,不仅可以有可效提升系统频谱效率,还可以实现传输资源更加灵活的配置。FWEesmc

(3)新物理维度无线传输技术FWEesmc

包括智能超表面技术、轨道角动量技术和智能全息无线电技术等。FWEesmc

智能超表面技术(RIS)采用可编程新型亚波长二维超材料,通过数字编码对电磁波进行主动的智能调控,形成幅度、相位、极化和频率可控制的电磁场。FWEesmc

轨道角动量(OAM)是电磁波固有物理量,同时也是无线传输的新维度。利用不同模态OAM电磁波的正交特性可大幅提升系统频谱效率。FWEesmc

智能全息无线电(IHR)是利用电磁波的全息干涉原理实现电磁空间的动态重构和实时精密调控,将实现从射频全息到光学全息的映射,通过射频空间谱全息和全息空间波场合成技术实现超高分辨率空间复用,可满足超高频谱效率、超高流量密度和超高容量需求。FWEesmc

(4)新型频谱使用技术FWEesmc

包括太赫兹通信技术和可见光通信技术。FWEesmc

太赫兹频段(0.1~10THz)位于微波与光波之间,频谱资源极为丰富,具有传输速率高、抗干扰能力强和易于实现通信探测一体化等特点,重点满足Tbps量级大容量、超高传输速率的系统需求。FWEesmc

可见光通信指利用从400THz到800THz的超宽频谱的高速通信方式,具有无需授权、高保密、绿色和无电磁辐射的特点。FWEesmc

(5)通信感知一体化技术等新型无线技术FWEesmc

其设计理念是要让无线通信和无线感知两个独立的功能在同一系统中实现且互惠互利。一方面,通信系统可以利用相同的频谱甚至复用硬件或信号处理模块完成不同类型的感知服务。另一方面,感知结果可用于辅助通信接入或管理,提高服务质量和通信效率。FWEesmc

(6)分布式网络架构FWEesmc

分布式自治的网络架构涉及多方面的关键技术,包括:去中心化和以用户为中心的控制和管理;深度边缘节点及组网技术;需求驱动的轻量化接入网架构设计、智能化控制机制及无线资源管理;网络运营与业务运营解耦;网络、计算和存储等网络资源的动态共享和部署;支持任务为中心的智能连接,具备自生长、自演进能力的智能内生架构;支持具有隐私保护、可靠、高吞吐量区块链的架构设计;可信的数据治理等。FWEesmc

(7)确定性网络FWEesmc

新一代信息技术与工业现场级操作技术的融合促使移动通信网络向“确定性网络”演进。工业制造、车联网、智能电网等时延敏感类业务的发展,对网络性能提出了确定性需求,包括:端到端的及时交付,即确定的最小和最大延迟以及延迟抖动;各种运行状态下有界的丢包率;数据交付时有上限的乱序等。FWEesmc

(8)算力感知网络FWEesmc

为了满足未来网络新型业务以及计算轻量化、动态化的需求,网络和计算的融合已经成为新的发展趋势。业界提出了算力感知网络(或简称算力网络)的理念:将云边端多样的算力通过网络化的方式连接与协同,实现计算与网络的深度融合及协同感知,达到算力服务的按需调度和高效共享。FWEesmc

(9)星地一体融合组网FWEesmc

星地一体的融合组网将不是卫星、飞行器与地面网络的简单互联,而是空基、天基、地基网络的深度融合,构建包含统一终端、统一空口协议和组网协议的服务化网络架构,在任何地点、任何时间、以任何方式提供信息服务,实现满足天基、空基、地基等各类用户统一终端设备的接入与应用。FWEesmc

(10)网络内生安全FWEesmc

传统的安全信任模型已经不能满足6G安全的需求,需要支持中心化的、第三方背书的以及去中心化的多种信任模式共存。FWEesmc

未来的6G网络架构将更趋于分布式,网络服务能力贴近用户端提供,这将改变单纯中心式的安全架构;感知通信、全息感知等全新的业务体验,以用户为中心提供独具特色的服务,要求提供多模、跨域的安全可信体系,传统的“外挂式”、“补丁式”网络安全机制对抗未来6G网络潜在的攻击与安全隐患更具挑战。FWEesmc

小结:兵马未动,“研发”先行

放眼全球,全球6G发展尚处于早期研究阶段,3GPP 6G技术预研与国际标准化预计于2025年后启动。但我国相关企业6G探索已经起步,例如华为在加拿大和法国成立6G研发实验室和研发中心。中兴通讯成立了专门团队,主攻6G网络结构与6G使能技术。FWEesmc

目前,多数企业和科研机构依托毫米波太赫兹产业发展联盟,聚焦6G太赫兹通信技术领域。例如,之江实验室、华讯方舟、四创电子、亨通光电、大恒科技等公司,正在纷纷布局太赫兹无线传输、光谱仪、网络连接器、基站用PCB等技术和产品。FWEesmc

责任编辑:MomoFWEesmc

阅读《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书原文请下载FWEesmc

6G总体愿景与潜在关键技术.pdf
b8554cc8778c632178be72334a72bf9a.pdf (3.33 MB)
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