隨著5G網絡在全球范圍內的規模部署和商用化進程不斷深入,面向2030年及未來的第六代移動通信系統(6G)的研究已拉開序幕。6G不僅是5G的簡單演進,更是旨在構建一個萬物智聯、數字孿生、智能普惠的全新信息生態系統。本報告旨在梳理6G的總體愿景、潛在關鍵技術趨勢及可能的網絡架構發展方向。
一、 6G總體愿景
6G的總體愿景可概括為 “智慧連接、泛在智能” 。它旨在突破5G“增強型移動寬帶、超高可靠低時延通信、海量機器類通信”的三角邊界,向更極致的性能、更融合的維度、更深刻的智能和更廣闊的領域拓展。其核心目標包括:
1. 極致性能:追求峰值速率超過1Tbps,用戶體驗速率達10-100Gbps,時延降低至亞毫秒級(甚至微秒級),連接密度每平方公里超過千萬級,實現通信感知一體化。
2. 全域覆蓋:實現空、天、地、海一體化無縫覆蓋,將網絡能力延伸至太空、深海、沙漠等偏遠地區,構建真正的全球立體覆蓋網絡。
3. 內生智能:網絡本身將深度嵌入人工智能(AI),實現從核心到接入、從規劃到運維的全生命周期自主優化與決策,具備自演進、自優化能力。
4. 數字孿生:6G網絡將成為物理世界與數字世界的橋梁,通過超高精度感知與同步,構建實時映射、交互操控的數字孿生世界,賦能工業、城市、醫療等各領域。
5. 安全可信:構建內生安全體系,實現通信安全、數據安全、隱私保護和網絡韌性的統一,滿足未來社會對可信網絡的剛性需求。
二、 關鍵技術趨勢
為實現上述愿景,6G研究將聚焦于一系列潛在的顛覆性技術:
- 太赫茲通信:利用0.1-10THz頻段頻譜資源,提供超大帶寬,是實現Tbps級峰值速率的關鍵使能技術,但需克服傳輸距離短、器件工藝等挑戰。
- 新型空口技術:包括超大規模MIMO的進一步演進(如全息MIMO)、智能超表面(RIS)、新的波形與多址技術(如OTFS、NOMA演進),以提升頻譜效率、覆蓋和靈活性。
- 通信感知計算一體化:將無線通信、高精度感知與分布式計算能力深度融合。基站或終端不僅能通信,還能像雷達一樣感知環境,并協同進行實時數據處理,為自動駕駛、人機交互等應用奠定基礎。
- 人工智能原生:AI/ML將不再是網絡的附加功能,而是成為6G協議棧、資源調度、網絡管理的核心組成部分,實現網絡自治與智能服務生成。
- 空天地海一體化網絡:通過整合低軌衛星網絡、高空平臺(HAPS)、無人機、地面蜂窩網絡和海洋通信網絡,構建三維立體、動態智能的全球連接底座。
- 新型網絡架構:向更加分布、靈活、開放的方向演進,包括云原生、服務化架構的深化,算力網絡(Computing Power Network)的構建,以及去中心化網絡范式(如區塊鏈使能的網絡管理)的探索。
- 量子信息技術融合:探索量子通信在6G安全增強方面的應用,以及量子計算對網絡復雜問題求解的潛在賦能。
三、 網絡架構展望
6G網絡架構預計將在5G服務化架構(SBA)的基礎上,向 “三層三面四化” 的立體智慧架構演進:
- 三層:
- 分布式智能接入層:由各類智能節點(宏站、小站、RIS、無人機、衛星等)構成,具備通信、感知、輕量計算能力,實現泛在接入與數據采集。
- 彈性融合網絡層:基于云原生和算網一體技術,實現網絡功能與算力資源的全局協同調度與融合,支持服務的按需、彈性部署。
- 智慧認知應用層:面向行業與應用,提供數字孿生、全息通信、沉浸式XR等智能服務,并通過AI平臺實現網絡能力的開放與賦能。
- 三面:
- 數據面:負責用戶數據的高效、可靠、低時延轉發,并集成感知數據流。
- 控制面:基于AI實現網絡的智能控制、策略下發與全局優化。
- 知識面(新增):作為6G架構的核心特征,通過收集全網數據,利用AI進行訓練、推理與知識生成,形成網絡“大腦”,驅動網絡自主演進與智能決策。
- 四化:
- 網絡全云化:從核心網到接入網全面云化,實現資源池化和功能軟件化。
- 架構服務化:網絡功能進一步微服務化,支持更細粒度的組合與調用。
- 能力開放化:通過統一的API,將網絡通信、感知、計算、AI能力開放給千行百業。
- 運維智能化:基于知識面和AI,實現預測性維護、故障自愈、能效自優化等全自動化運維。
四、 與展望
6G的研究與開發是一場面向未來十年的長周期、系統性工程。其成功將依賴于全球產學研用的緊密合作,在頻譜規劃、標準制定、關鍵技術突破、原型驗證和商業模式探索上協同推進。6G的目標不僅僅是“更快”,更是構建一個連接現實與數字、融合智能與感知、惠及全人類與社會可持續發展的新型基礎設施。目前,6G仍處于愿景形成與關鍵技術研究的早期階段,本報告所述內容將隨著全球研發的深入而持續演進與細化。