亚信科技（中国）有限公司
一. 前言
二. 全球6G研究现状
2.1 6G愿景与需求
随着全球数字化转型的不断深入，移动通信网络深刻影响着人类的生产、生活。到2030年，社会服务均衡化、社会治理科学化、社会发展绿色化将成为未来社会的发展趋势，经济高质量发展、环境可持续发展等要求将驱动移动通信网络由通信基础设施向数字基础设施转变，推动5G万物互联到6G万物智联的发展。
中国IMT-2030（6G）推进组提出“万物智联、数字孪生”[1]的6G总体愿景：6G将与先进计算、大数据、人工智能、区块链等信息技术交叉融合，成为服务生活、赋能生产、绿色发展的基本要素；将充分利用低中高全频谱资源，实现空天地一体化的全球无缝覆盖；将提供完全沉浸式交互场景，支持精确的空间互动，满足人类在多重感官、甚至情感和意识层面的联通交互；通信感知和普惠智能不仅提升传统通信能力，也将助力实现真实环境中物理实体的数字化和智能化；将构建人机物智慧互联、智能体高效互通的新型网络，具备智慧内生、多维感知、数字孪生、安全内生等新功能；将实现物理世界人与人、人与物、物与物的高效智能互联，打造泛在精细、实时可信、有机整合的数字世界。
北美Next G联盟（Next G Alliance）6G路线图报告提出6G愿景的6大目标[3]：强调在所有条件下的可信、安全和弹性；增强数字世界体验提升生活质量和创造更高经济价值；低成本高效能的解决方案；基于虚拟化技术的分布式云和通信系统增强动态性、提升性能和弹性；AI内生的网络为应用提升鲁棒性、性能和效率；与能源效率和环境相关的可持续性，以实现到2040年IMT碳中和的目标。
由包括中国移动、美国蜂窝电信公司（US Cellular）和沃达丰公司（Vodafone）等全球主要运营商在内的下一代移动通信网络（NGMN）联盟发布的《6G驱动力和愿景白皮书》[4]指出：引入新的人机界面，将用户体验扩展到多个物理和虚拟平台以满足各种使用情况；使用地面和非地面网络，提供跨陆地、海洋和天空的覆盖；确保在能源消耗和碳排放的严格限制下，以成本和能源效率提供具有极为多样化要求的异构服务，以实现可持续性和碳中和的目标；确定适当的基于人工智能的框架，以支持价值创造和交付、资源分配优化、可持续部署和运营等。各大通信设备厂商也就6G网络愿景和需求发布了各自的观点。爱立信在其白皮书中提出6G发展的驱动力来源于对可信任网络、可持续发展、基于人工智能的便捷生活，以及探索新型未知应用的需求，其中，最典型的应用场景是数字、物理世界的信息交互[5]。华为在其《6G-无线通信新征程白皮书》[6]中则认为6G将跨越人联和物联，迈向万物智联，推动各垂直行业的全面数字化转型；三星的6G愿景是为人类和机器提供更高阶的连接体验，包括身临其境的XR服务，以及高保真和数字孪生服务[7]；而诺基亚认为6G将扩展和改变现有网络功能，融合人类、物理世界和数字世界，以释放我们与生俱来的人类潜力。[8]
全球学术界也积极参与6G愿景与需求的研究探讨。2019年芬兰奥卢大学在其发布的《6G泛在无线智能的关键驱动因素及其研究挑战》[9]首次将泛在无线智能作为6G的关键愿景。2020年，英国萨里大学提出将支持物理世界和虚拟世界融合、实现无处不在的覆盖作为6G的新战略愿景[10]；同年，中国的东南大学联合上海科技大学、英国南安普敦大学等国内外科研院校联合发布了《6G研究白皮书》[11]，提出“全覆盖、全频谱、全应用、强安全” 的6G无线通信网络的发展愿景：空天地海一体化网络用于提供深度全球覆盖；sub-6 GHz 频段、毫米波、太赫兹、光频段在内的全频谱资源充分挖掘以提供更高的数据传输速率；人工智能将与6G无线通信网络高效融合以实现更好地网络管理与自动化，并提高下一代网络的性能；包括物理层与网络层安全在内的强安全或内生安全。
综上所述，全球对6G愿景已形成基本共识。6G将通过全频谱、全覆盖、安全可靠、绿色节能和普遍智慧，超越连接，实现网络空间与人类社会、物理世界、数字世界的深度融合。
图2-1：6G网络关键性能需求
2.2 6G典型业务场景
全球通信标准化及行业组织面向6G的典型场景的讨论已经逐步清晰，6G将在5G增强移动宽带eMBB，超可靠和低延迟通信uRLLC和大规模机器类型通信mMTC三大典型场景持续增强的基础上，进一步拓展面向新需求和新技术的新场景，其中普惠智能服务、感知通信融合等特性将被纳入6G的新场景中[13.14]。
超级无线宽带是增强型移动宽带（enhanced Mobile Broadband, eMBB）的演进和扩展，涵盖了更加多元的人机交互，不仅将极大提升以人为中心的沉浸式通信体验，也将在全球任意地点实现无缝覆盖。典型应用包括沉浸式XR和全息通信、远程多感官呈现及互联、工业机器人触觉反馈和控制。此外，语音服务的独立支持是沉浸式通信不可或缺的一部分。该场景将具有极高的数据速率，以及更低的延迟和更大的系统容量。它涵盖了从密集城市热点到农村的所有类型的部署。这些场景均对峰值速率、用户体验速率、系统容量、频谱效率提出更高的要求。由于环境数据的采样密度非常高，将使用网络上的可靠计算来负载计算复杂的处理和渲染，或实时远程访问渲染的图像。此外，6G网络还需要提供低时延和高稳定性以保障用户体验。
极其可靠通信将在超可靠低时延通信（Ultra-Reliable and Low Latency Communication, URLLC）的基础上进一步增强能力，包含对传输可靠性和可用性具有非常严格要求的通信，如IMT-2020之后的极端 URLLC（时间敏感、信任等）。该场景还用于连接性以外的服务，例如可靠计算、精确定位或连接对象描述、数据分发、AI原生RAN设计和其他网络平台功能，对数据速率、延迟、抖动灵敏度、功率限制、设备连接密度等其他特性的要求因所考虑的用例而异。对于某些应用，能够提供可预测的性能差异至关重要。典型应用包括机器人协作、无人机群和各种人机实时交互操作、自动驾驶、远程医疗手术、以及智慧能源、智能家居领域的应用等。此类应用普遍要求更低时延和更高可靠性，其中机器协同交互类的应用对抖动、时间同步、稳定性等确定性指标也提出了极高需求，因此需要网络同时具备中高速数据传输和超高精度定位的能力。
超大规模连接将在5G大规模机器类型通信（massive Machine Type Communication，mMTC）的基础上，拓展全新的应用领域和能力边界，重点是需要物联网和移动宽带连接能力，大量传感器不仅连接部署数量大，而且地理分布广泛，这将对覆盖范围提出很高的要求。此外，延长电池寿命、扩展覆盖范围和低成本也是需要考虑的关键因素。超大规模连接的对象将包括部署在智慧城市、智慧交通、智慧农业、智能制造等场景的各类设备和大量传感器，基于数字孪生技术，通过建模、推演、决策等环节与物理世界交互，可能需要支持高精度定位、高可靠和低延迟等能力。与5G中仅支持大规模设备的低速率传输相比，6G超大规模连接设备的传输速率将从低到高不等，且业务需求差异化明显，需要网络提供多样灵活的性能支持。
普惠智能服务是6G 新增典型场景，智能服务是未来IMT网络提供的新的超越通信服务，用于支持AI驱动的应用程序以及设备内AI功能。它的特点是将AI原生功能整合到未来的IMT网络和应用程序中，依托网络对需要进行高效分布式智能学习或推理的智能化服务提供集成化的通信和AI算力，由网络内生的大量智能体共同执行复杂的AI训练和推理任务，提高网络整体的性能和效率。普惠智能服务需要网络提供可靠的计算、分布式学习和推理能力、多功能性和可用性的保障。此外，实现原生可信的网络安全和数据隐私保护也是该场景的重要目标与关键基础条件。
2.3 6G潜在关键技术及网络架构概览
为实现未来6G网络“人、物理世界、数字世界”智慧连接的美好愿景并满足极致的性能需求，当前各研究机构针对6G网络提出了23项潜在关键技术[1.3]。按照技术类型的不同可分为四类：
6G无线技术：太赫兹通信技术、可见光通信技术、动态频谱分享技术、超大规模MIMO技术、延迟多普勒域波形技术、先进调制编码技术、全双工技术、非正交多址接入技术、语义通信技术、智能超表面技术、全息无线电技术、轨道角动量技术。
6G网络技术：空天地一体组网技术、确定性网络技术、分布式自治网络技术、可编程网络技术、服务化RAN技术。
6G融合技术：通感一体化技术、网络内生AI技术、数字孪生网络技术、算力网络技术。
综上所述，为了满足6G关键业务场景和DOICT技术融合演进的需求，6G BSS架构将围绕“数智化运营能力和领域流程优化”进行设计，通过架构的演进，高效支撑6G时代运营商生态建设，提升客户业务体验满意度和数字业务创新的敏捷度。
1. 6G潜在关键技术
6G无线技术
6G无线技术包括太赫兹通信技术、可见光通信技术、延迟多普勒域波形技术、超大规模MIMO技术、智能超表面技术、全息无线电技术等。
太赫兹通信技术可作为现有空口传输方式的有益补充，将主要应用在全息通信、超大容量数据回传、短距超高速传输等潜在应用场景，同时借助太赫兹通信信号进行高精度定位和高分辨率感知也是重要应用方向[1]。
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，可见光通信技术比较适合于室内的应用场景，可作为室内网络覆盖的有效补充[1]。
延迟多普勒域波形技术将信号的数字域处理和分析由时频域迁移到延迟多普勒域，利用延迟多普勒信道的稀疏性进行信号处理和分析，通过延迟多普勒域到时频域的转换获得发送信号的时频域分集增益对抗多普勒引起的载波间干扰，有望提升6G高移动性场景下的传输速率[7]。
超大规模MIMO技术是MIMO技术的进一步演进，天线和芯片集成度的不断提升推动天线阵列规模持续增大，超大规模MIMO技术可在更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、更精细的定位精度和更高的能量效率。而且分布式超大规模MIMO有助于构造超大规模的天线阵列，使网络架构趋近于无蜂窝形式的无定形网络，促进实现均匀一致的用户体验，获得更高的频谱效率，降低系统的传输能耗[15]。
智能超表面技术（RIS）采用可编程新型亚波长二维超材料，以软件控制的方式对无线传播环境主动控制，在三维空间中实现信号传播方向调控、信号增强或干扰抑制，可应用于高频覆盖增强、克服局部空洞、提升小区边缘用户速率、绿色通信、辅助电磁环境感知和高精度定位等场景[7]。
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，具有超高分辨率的空间复用能力，主要应用场景包括超高容量和超低时延无线接入、海量物联网设备的高精度定位和精准无线供电以及数据传输等[14]。
6G网络技术
6G潜在网络关键技术主要包括空天地一体组网技术、服务化无线网技术和分布式自治网络技术等。
空天地一体组网技术将地面网络、不同轨道高度上的卫星（高中低轨卫星）以及不同空域飞行器等融合而成为星地一体的移动信息网络，通过地面网络实现城市热点常态化覆盖，利用天基、空基网络实现偏远地区、海上和空中按需覆盖，具有组网灵活、韧性抗毁等突出优势[15]。
服务化无线网技术将传统集成单体基站解耦为控制面和用户面服务，通过服务化接口实现功能服务之间的交互与能力开放，以按需组合的方式提供更灵活或更精简的网络服务能力，助力提升网络对全行业的适应能力[16]。
分布式自治网络技术包括接入网和核心网在内的6G网络体系架构，对于接入网，应设计旨在减少处理延迟的至简架构和按需能力的柔性架构，研究需求驱动的智能化控制机制及无线资源管理，引入软件化、服务化的设计理念；对于核心网，需要研究分布式、去中心化、自治化的网络机制来实现灵活、普适的组网。分布式自治的网络架构涉及去中心化和以用户为中心的控制和管理、需求驱动的轻量化接入网架构、智能化控制机制及无线资源管理设计等多方面关键技术[14]。
6G融合技术
目前，潜在的6G融合技术有四种，即通信感知一体化技术、网络内生AI技术、数字孪生网络技术和算力网络技术。
通信感知一体化技术的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。通信感知一体化技术通过收集和分析经过散射、反射的通信信号获得环境物体的形态、材质、远近和移动性等基本特性，利用经典算法或AI算法，实现定位、成像等不同功能[14.17]。
网络内生AI技术将AI模型内生于移动通信系统并通过无线架构、无线数据、无线算法和无线应用等呈现出新的智能网络技术体系。6G网络内生AI可分为内生智能的新型空口和内生智能的新型网络架构。内生智能的新型空口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，实现网络的自主运行和自我演进；内生智能的新型网络架构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[18.19.20]。
数字孪生网络（DTN, Digital Twin Network）是一个具有物理网络实体及虚拟孪生体，且二者可进行实时交互映射的网络系统[21]。在此系统中，各种网络管理和应用可利用数字孪生技术构建的网络虚拟孪生体，基于数据和模型对物理网络进行高效的分析、诊断、仿真和控制。同时，数字孪生网络服务作为一种新的网络服务为业界提供端到端或部分网络功能的孪生服务，使能移动网络创新加速，以降低电信行业研发成本和缩短研发周期。数字孪生网络系统通过物理网络和数字网络实时交互数据，相互影响，可以帮助实现更加安全、智能、高效、可视化的智慧6G网络[22]。
6G安全技术
6G内生安全技术的架构应奠定在一个更具包容性的信任模型基础之上，具备韧性且覆盖6G网络全生命周期，内生承载更健壮、更智慧、可扩展的安全机制，涉及多个安全技术方向。融合计算机网络、移动通信网络、卫星通信网络的6G安全体系架构及关键技术，支持安全内生、安全动态赋能；终端、边缘计算、云计算和6G网络间的安全协同关键技术，支持异构融合网络的集中式、去中心化和第三方信任模式并存的多模信任架构；贴合6G无线通信特色的密码应用技术和密钥管理体系，如量子安全密码技术、逼近香农一次一密和密钥安全分发技术等；大规模数据流转的监测与隐私计算的理论与关键技术，高通量、高并发的数据加解密与签名验证，高吞吐量、易扩展、易管理，且具备安全隐私保障的区块链基础能力；拓扑高动态和信息广域共享的访问控制模型与机制，以及隔离与交换关键技术[17]。
2. 6G潜在网络架构
随着6G关键技术研究与探索的不断深入，全球6G推进组织均提出了6G网络架构的演进建议。
图2-2：分布式自治的6G 网络架构愿景
图2-3：6G智慧内生网络体系框架
图2-4：欧盟5G PPP 6G网络架构
图2-5：欧盟Hexa-X智能6G网络架构
图2-6：Next G基于服务与分布式NAS的网络架构
2.4 6G潜在关键技术和网络架构概览对6G OSS的影响
6G潜在关键技术和网络架构不仅带来6G网络性能的提升，同时也对6G OSS的技术发展和架构演进提出了新的需求和挑战，可归纳为以下五个方面：
·面向6G网络新架构和新技术的网络运营能力提升需求
·面向6G网络泛在智能的OSS内生能力需求
·面向6G网络通感算一体化业务的编排管理需求
·面向6G网络对外赋能和社会责任的需求
·面向6G网络与新型IT技术融合的需求
参考资料
