當前，5G（第五代移動通信技術）的研究、部署正在全球范圍內如火如荼地進行，預計2020年左右大規(guī)模實現(xiàn)商用。在研發(fā)5G各項關鍵技術的同時，歐美已經(jīng)開始在95GHz以上的超高頻段對6G（第六代移動通信技術）等前沿領域進行探索。
6G移動通信技術演進歷程
到目前為止，從表1全球移動通信技術發(fā)展歷程簡介看，1G 到 5G 的設計遵循著網(wǎng)絡側和用戶側的松耦合準則。通過技術驅動，用戶和網(wǎng)絡的基本需求（如用戶數(shù)據(jù)速率、時延、網(wǎng)絡譜效、能效等）得到了一定的滿足。但是受制于技術驅動能力，1G 到 5G 的設計并未涉及更深層次的通信需求。
6G的早期階段將是5G進行擴展和深入，以 AI、邊緣計算和物聯(lián)網(wǎng)為基礎，實現(xiàn)智能應用與網(wǎng)絡的深度融合，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實、虛擬用戶、智能網(wǎng)絡等功能。進一步，在人工智能理論、新興材料和集成天線相關技術的驅動下，6G 的長期演進將產生新突破，甚至構建新世界。
在未來第六代移動通信系統(tǒng)（6G，the sixth generation mobile communication system）中，網(wǎng)絡與用戶將被看作一個統(tǒng)一整體。用戶的智能需求將被進一步挖掘和實現(xiàn)，并以此為基準進行技術規(guī)劃與演進布局。5G 的目標是滿足大連接、高帶寬和低時延場景下的通信需求。在 5G 演進后期，陸地、海洋和天空中存在巨大數(shù)量的互聯(lián)自動化設備，數(shù)以億計的傳感器將遍布自然環(huán)境和生物體內。基于人工智能（AI，artificial intelligence）的各類系統(tǒng)部署于云平臺、霧平臺等邊緣設備，并創(chuàng)造數(shù)量龐大的新應用。
如今6G已經(jīng)在路上了，也許它的普及會來得更快，未來誰先占領6G網(wǎng)絡的制高點，誰就能率先開啟萬物互聯(lián)的新時代，6G的戰(zhàn)略意義不言而喻。
表1 全球移動通信技術發(fā)展歷程簡介
全球各國6G移動通信技術研究進展
目前6G移動通信技術仍停留在設想階段，預計該技術會在2020年正式進行研發(fā)進程，而會在2030年投入商用。近幾年，全球各國都在積極進行6G的前沿技術研究和探索。
（一）美國
6G將邁向太赫茲頻率時代，基于區(qū)塊鏈的動態(tài)頻譜共享技術是趨勢。2018年9月13日，在MWCA2018上，美國美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC）官員首次在公開場合展望6G技術。一直支持“網(wǎng)絡中立”的FCC（美國聯(lián)邦通訊委員會）委員，Jessica Rosenworcel，在洛杉磯舉行的美國移動世界大會（MWCA2018）上的一次演講中表示，6G將邁向太赫茲頻率時代，隨著網(wǎng)絡越加致密化，基于區(qū)塊鏈的動態(tài)頻譜共享技術是趨勢。
FCC 2015年在3.5GHz頻段上推出了CBRSD(公眾無線寬帶服務)，通過集中的頻譜訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來動態(tài)管理不同類型的無線流量，以提高頻譜使用效率。CBRS極具創(chuàng)造性、高效性和前瞻性，未來還可實現(xiàn)更智能、分布式更強的動態(tài)頻譜共享接入技術，也就是區(qū)塊鏈＋動態(tài)頻譜共享。
他指出，區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據(jù)庫，無需中央中介即可安全更新，未來可以探索使用區(qū)塊鏈作為動態(tài)頻譜共享技術的低成本替代方案，不但可以降低動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)的管理費用，提升頻譜效率，還可以進一步增加接入等級和接入用戶。使用去中心化的分布式賬本來記錄各種無線接入信息，可進一步激發(fā)新技術創(chuàng)新，甚至改變未來使用無線頻譜的方式。
同時，6G時代的網(wǎng)絡安全將有顯著改善，6G將來還可能與量子計算相結合，形成“量子互聯(lián)網(wǎng)”。2019年1月，在拉斯維加斯舉辦的消費電子展歷來被看作國際消費電子領域的“風向標”，參展的美國科技企業(yè)已在展望6G的概念。6G有望擴展至更廣泛的層面、更高的空間，比如衛(wèi)星移動，實現(xiàn)地空全覆蓋網(wǎng)絡，真正做到萬物互聯(lián)。
展會期間，美國思科公司的服務供應網(wǎng)首席技術官邁克爾·比斯利在一個分論壇上闡述了對6G技術的預判和展望，他認為，6G時代的網(wǎng)絡安全將有顯著改善。計算和人工智能將以更加小巧高效的方式嵌入到我們能想象到的所有物體中，“擁有這樣的帶寬和計算能力可以讓我們實時發(fā)現(xiàn)架構中的異常行為，可以快速識別處理，更加安全”。同時，6G將來還可能與量子計算相結合，形成“量子互聯(lián)網(wǎng)”。如果量子計算技術得到大規(guī)模應用，那么無論是個人設備、機器還是整個物聯(lián)網(wǎng)，計算能力和計算密度可能會有一到兩個數(shù)量級的增長。超快的網(wǎng)絡連接速度配合超快的云端數(shù)據(jù)中心計算效率，未來“世界將不同凡響”。
（二）英國
6G在5G的基礎上集成衛(wèi)星網(wǎng)絡來實現(xiàn)全球覆蓋。英國電信集團（BT）首席網(wǎng)絡架構師Neil McRae認為，6G將在5G的基礎上集成衛(wèi)星網(wǎng)絡來實現(xiàn)全球覆蓋。組成6G系統(tǒng)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡，包括電信衛(wèi)星網(wǎng)絡、地球遙感成像衛(wèi)星網(wǎng)絡、導航衛(wèi)星網(wǎng)絡等。6G系統(tǒng)將集成這些衛(wèi)星網(wǎng)絡，為用戶提供網(wǎng)絡定位標識、多媒體與互聯(lián)網(wǎng)接入、天氣信息等服務。同時，6G將面臨如何實現(xiàn)不同衛(wèi)星系統(tǒng)間的切換和漫游等挑戰(zhàn)。具體地，6G是在5G的基礎上集成衛(wèi)星網(wǎng)絡來實現(xiàn)全球覆蓋：
（1）6G應該是一種便宜、超快的因特網(wǎng)技術，可為無線或移動終端提供令人難以置信的高數(shù)據(jù)速率或極快因特網(wǎng)速率——高達11Gbps（即使是在偏遠地區(qū)接入6G網(wǎng)絡）；
（2）組成6G系統(tǒng)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡，可以是電信衛(wèi)星網(wǎng)絡、地球遙感成像衛(wèi)星網(wǎng)絡、導航衛(wèi)星網(wǎng)絡。6G系統(tǒng)集成這些衛(wèi)星網(wǎng)絡，目的在于為6G用戶提供網(wǎng)絡定位標識、多媒體與互聯(lián)網(wǎng)接入、天氣信息等服務；
（3）6G系統(tǒng)的天線將是“納米天線”，而且這些納米天線將廣泛部署于各處，包括路邊、村莊、商場、機場、醫(yī)院等。
（4）6G時代，可飛行的傳感器將會得到應用——為處于遠端的觀察站提供信息、對有恐怖分子、入侵者活動的區(qū)域進行實時監(jiān)測等；
（5）6G時代，在高速光纖鏈路之輔助下，點到點（P2P）無線通信網(wǎng)絡將為6G終端傳輸快速寬帶信號。
（三）德國
德國開發(fā)了全球領先的太赫茲通信技術。德國伍珀塔爾大學則拿出了非常具體的太赫茲通信技術。研究人員基于鍺化硅SiGe 材料構建了完整的信號收發(fā)系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)1米距離的260GHZ頻段太赫茲通信。
但他們經(jīng)過計算認為，如果采用直徑6.5厘米的透鏡天線，通信距離能夠達到100米。“雖然實際和計算一定會有差距，但這應該也是全球最先進的太赫茲通信系統(tǒng)之一。
（四）日本
日本電信NTT開發(fā)出“OAM”技術傳輸速度可達5G的5倍。采用更高頻段通信可能是6G的關鍵技術之一，廣島大學在全球最先實現(xiàn)了基于CMOS 低成本工藝的300GHZ頻段的太赫茲通信。
此外，日本在太赫茲等各項電子通信材料領域“獨步天下”，幾乎達到壟斷地位，這是其發(fā)展6G的獨特優(yōu)勢。
日本三大電信運營商之一的NTT（Nippon Telegraph and Telephone），已成功開發(fā)出瞄準“后5G時代”的新技術。雖然仍面臨傳輸距離極短的課題，不過傳輸速度可達5G（第5代通信標準）的5倍，即每秒100GB。NTT使用一種名為“OAM”的技術，實現(xiàn)了相當于5G數(shù)倍的11個電波的疊加傳輸。OAM技術是使用圓形的天線，將電波旋轉成螺旋狀進行傳輸，由于物理特性，轉數(shù)越高，傳輸越困難。NTT計劃未來實現(xiàn)40個電波的疊加。雖然NTT DoCoMo（日本移動通信運營商）在峰會上沒有宣布具體的技術路線。但看得出來，NTT DoCoMo對6G發(fā)展應該已經(jīng)有明確的計劃，并已經(jīng)開始著手實施。
（五）歐盟
有序開展6G基礎技術研究項目研究。2018年9月1日，歐盟已啟動為期3年的6G基礎技術研究項目，主要任務是研究可用于6G通信網(wǎng)絡的下一代向前糾錯編碼技術、高級信道編碼以及信道調制技術。2018年11月6日，歐盟發(fā)起第六代移動通信（6G）技術研發(fā)項目征詢，旨在于2030年商用6G技術。歐盟對6G技術的初步設想為：6G峰值數(shù)據(jù)傳輸速率要大于100Gbps（5G峰值速率為20Gbps）；使用高于275GHz頻段的太赫茲（THz）頻段；單信道帶寬為1GHz（5G單信道帶寬為100MHz）；網(wǎng)絡回程和前傳采用無線方式。此前，由芬蘭政府資助的芬蘭科學院宣布啟動了“6Genesis”，這是一項為期 8年的項目，將投入資金約為 2.5 億歐元，其任務是研究最終將包括 6G 網(wǎng)絡的無線通信技術。
6G移動通信技術未來發(fā)展方向
總的來說，6G通信技術不再是簡單的網(wǎng)絡容量和傳輸速率的突破，它更是為了縮小數(shù)字鴻溝，實現(xiàn)萬物互聯(lián)這個“終極目標”，這便是6G的意義。美國、歐盟、俄羅斯、日本、韓國等已有一些機構陸續(xù)啟動B5G或者6G技術概念設計和研發(fā)工作，但是還遠沒有達到“統(tǒng)一6G定義”的階段。
6G是往更短的網(wǎng)絡延遲時間、更大的帶寬、更廣的覆蓋和更高資源利用率的方向發(fā)展。除了此前已有的高密度組網(wǎng)、全雙工技術(一種能實現(xiàn)在同一頻率信道下同時進行發(fā)射和接收信號，從而提高頻譜資源利用率的技術)等之外，業(yè)界還在探討一些全新的技術方案，例如衛(wèi)星通信技術、平流層通信技術與地面技術的融合。這樣的融合技術一旦研制成熟，意味著此前大量未被通信信號覆蓋的地方，如無法建設基站的海洋、難以鋪設光纖的部分地區(qū)，今后都有可能收發(fā)信號，信號覆蓋“死角”將進一步減少。綜合起來，6G通信技術往4個方向去發(fā)展：
（一）6G會使用更高的頻段比如太赫茲頻段，而且頻譜利用的方式也會發(fā)生一些變化
目前5G最高使用毫米波頻段，未來可能隨著芯片或者物理技術的成熟， 6G是否會進入太赫茲頻段，還要看5G毫米波大規(guī)模商業(yè)后的應用程度和帶來的技術價值，但當前對太赫茲的研究是不可或缺的。
太赫茲頻段是指100GHz-10THz，是一個頻率比5G高出許多的頻段。從通信1G（0.9GHz）到現(xiàn)在的4G（1.8GHZ以上），我們使用的無線電磁波的頻率在不斷升高。因為頻率越高，允許分配的帶寬范圍越大，單位時間內所能傳遞的數(shù)據(jù)量就越大，也就是我們通常說的“網(wǎng)速變快了”。目前，通信行業(yè)正在積極開拓尚未開發(fā)的太赫茲頻段，已有廠商在300 GHz頻段上實現(xiàn)了100Gbps的通信速率。
（二）6G網(wǎng)絡將是一個地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界，多網(wǎng)絡的融合--陸地、天空甚至多層次，將來衛(wèi)星的聯(lián)合組網(wǎng)跟陸地通信聯(lián)合組網(wǎng)
邁向太赫茲是為了不斷提升網(wǎng)絡容量和速率，但移動通信還有一個更偉大的夢想——縮小數(shù)字鴻溝，實現(xiàn)無處不在、永遠在線的全球網(wǎng)絡覆蓋。5G是一個萬物智聯(lián)的世界，車聯(lián)網(wǎng)、遠程醫(yī)療等應用需要一個幾乎無盲點的全覆蓋網(wǎng)絡，但“全覆蓋”夢想不可能一蹴而就，我們相信這將在6G時代得到更好的完善和補充。
有行業(yè)專家已經(jīng)提出，6G網(wǎng)絡將是一個地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界。通過將衛(wèi)星通信整合到6G移動通信，實現(xiàn)全球無縫覆蓋，讓網(wǎng)絡信號抵達任何一個偏遠的鄉(xiāng)村，讓深處山區(qū)的病人能接受遠程醫(yī)療，讓孩子們能接受遠程教育，這就是6G未來。同時，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電信衛(wèi)星系統(tǒng)、地球圖像衛(wèi)星系統(tǒng)和6G地面網(wǎng)絡的聯(lián)動支持下，地空全覆蓋網(wǎng)絡還能幫助人類預測天氣、快速應對自然災害等。
（三）軟件與開源化顛覆網(wǎng)絡建設方式
軟件化和開源化趨勢正在涌入移動通信領域，在6G時代，軟件無線電（SDR）、軟件定義網(wǎng)絡（SDN）、云化、開放硬件等技術估計將進入成熟階段。這意味著，從5G到6G，電信基礎設施的升級更加便利，基于云資源和軟件升級就可實現(xiàn)。同時，隨著硬件白盒化、模塊化、軟件開源化，本地化和自主式的網(wǎng)絡建設方式或將是6G時代的新趨勢。
還要看到基站小型化的發(fā)展趨勢，比如已有公司正在研究“納米天線”，如同將手機天線嵌入手機一樣，將采用新材料的天線緊湊集成于小基站里，以實現(xiàn)基站小型化和便利化，讓基站無處不在。
總體看來，6G時代的網(wǎng)絡建設方式或將發(fā)生前所未有的變化。
（四）人工智能的網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化
隨著網(wǎng)絡越來越復雜、服務質量要求和運維成本越來越高，未來的移動網(wǎng)絡是一個自治系統(tǒng)，能夠學習、預測和閉環(huán)處理，這已在業(yè)界達成共識。隨著人工智能的發(fā)展，像無人駕駛一樣的自動化網(wǎng)絡，估計在6G時代將成為現(xiàn)實。一個全自動化的網(wǎng)絡，意味著可以動態(tài)選擇不同類型的無線接入技術，可以根據(jù)需求自動配置網(wǎng)絡資源，可以自動提出網(wǎng)絡規(guī)劃建議等等。6G網(wǎng)絡還會是一個全新組織的智能化網(wǎng)絡，能對不同用戶和不同業(yè)務進行智能化分類管理。
簡而言之，網(wǎng)絡是有意識的，網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化本身屬于網(wǎng)絡的一部分，必然會代替一部分傳統(tǒng)的、人力的網(wǎng)絡規(guī)劃工作。同時，越加分布式的網(wǎng)絡構架越發(fā)需要基于人工智能的自動化網(wǎng)絡來滿足對服務質量要求越來越嚴苛的應用，靠人力是無法滿足網(wǎng)絡敏捷性需求的。
結語
在移動通信網(wǎng)絡技術發(fā)展歷程之中，1G（進入移動通信階段）、3G（進入移動互聯(lián)網(wǎng)階段）和5G（進入萬物互聯(lián)階段）是具有革命性的移動通信技術。“4G改變生活，5G改變社會”已成為通信業(yè)界的普遍共識。客觀來看，5G技術并不完美，其發(fā)展中的不足將由6G技術來解決。與之前各個階段的移動通信技術一樣，5G技術自身在不斷演進的同時也存在新的不足，而其不足則需通過移動通信技術的繼續(xù)演進來彌補。最后不管關于6G的構想有多豐富，就如同5G之于4G，未來的6G也一定是5G的持續(xù)演進。5G有的，要靠6G來改進。而5G沒有的，則要靠6G來擴展。
網(wǎng)絡和用戶的通信性能不是后 5G 網(wǎng)絡演進的唯一目標。為了實現(xiàn)人類更深層次的智能通信需求，6G 將實現(xiàn)從真實世界體系到虛擬世界體系的延拓。虛擬世界體系源于對真實世界體系的采樣、傳輸、分析和重構。為了實現(xiàn) 6G，需要在信息理論、傳輸和組網(wǎng)方面實現(xiàn)理論和技術突破。其中，在基本信息理論方面，6G 將拓展傳統(tǒng)信息理論，從理論上保證基于語義信息度量、壓縮、傳輸和網(wǎng)絡的優(yōu)化；在傳輸關鍵技術方面，6G 將進一步挖掘極化相關理論，獲取極化編解碼、極化 MIMO、極化多址、極化中繼等關鍵技術突破，實現(xiàn)差異化傳輸。在組網(wǎng)技術方面，6G 將采用人?機?物?靈的全新網(wǎng)絡架構，滿足認知增強與決策推演的智能定義網(wǎng)絡需求，保證安全可靠的網(wǎng)絡傳輸，實現(xiàn)意念驅動網(wǎng)絡。
放眼國內，2018 至 2020 年之間，可謂我國移動通信 5G 技術規(guī)模商用的重要預演期和發(fā)軔期。2019年6月，隨著 5G 網(wǎng)絡在我國的正式商用，其技術創(chuàng)新和融合效應將為我國信息傳播領域產業(yè)發(fā)展帶來新的可能性。在 2020 年至2030 年這 10 年間，我國 5G 產業(yè)以及信息傳播領域相關產業(yè)都將得到快速發(fā)展，并形成新的產業(yè)結構和產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
當前，對于 5G 產業(yè)發(fā)展特征和產業(yè)政策的梳理則有助于洞察和把握我國信息傳播領域產業(yè)的發(fā)展新機遇。在移動通信網(wǎng)絡從 4G 到 5G、從 5G 到 6G 演進過程中，我國信息傳播領域相關產業(yè)抓住歷史機遇，整合各類資源，形成獨特產業(yè)優(yōu)勢，輻射社會經(jīng)濟各個相關領域，從而進一步推動我國產業(yè)結構升級轉型、社會經(jīng)濟高質量發(fā)展、國家治理水平的總體提升。
免責聲明：本文根據(jù)轉自信息安全與通信保密雜志社，原作者Cismag。文章內容系原作者個人觀點，本公眾號轉載僅為分享、傳達不同觀點，如有任何異議，歡迎聯(lián)系我們！
轉自丨信息安全與通信保密雜志社
作者丨Cismag
編輯丨鄭實
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