1、 6G 概念及愿景白皮书 赛迪智库无线电管理研究所赛迪智库无线电管理研究所 2020 年年 3 月月 每日免费获取报告1、每日微信群内分享7+最新重磅报告；2、每日分享当日华尔街日报、金融时报；3、每周分享经济学人4、行研报告均为公开版，权利归原作者所有，起点财经仅分发做内部学习。扫一扫二维码关注公号回复：研究报告加入“起点财经”微信群。编写组：彭健 孙美玉 滕学强 版权声明 本白皮书版权属于中国电子信息产业发展研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字、观点和数据的，应注明“来源：中国电子信息产业发展研究院”。违反上述声明者，本院有权依法追究其法律责任。I 目 录 一、前
2、言.1 二、从 5G 走向 6G：打通虚实空间泛在智联的统一网络.2 三、6G 应用场景展望.5（一）人体数字孪生.5（二）空中高速上网.5（三）基于全息通信的 XR.6（四）新型智慧城市群.7（五）全域应急通信抢险.7（六）智能工厂 PLUS.8（七）网联机器人和自治系统.9 四、6G 网络性能指标及潜在关键技术.9（一）性能指标.9（二）潜在关键技术.10 1、下一代信道编码及调制技术.10 2、新一代天线与射频技术.12 3、太赫兹无线通信技术与系统.13 4、空天海地一体化通信技术.14 5、软件与开源网络关键技术.14 6、基于 AI 的无线通信技术.15 7、区块链技术.15 II
3、 8、动态频谱共享技术.16 五、ITU 面向 2030 网络及 6G 的研究.16（一）ITU-T 聚焦 2030 网络的研究.17（二）ITU-R 正式启动 6G 研究.18 六、世界各国 6G 研究进展.19（一）中国.19（二）美国.20（三）韩国.21（四）日本.22（五）英国.23（六）芬兰.24 七、我国推进 6G 研发的相关建议.25（一）加大 6G 候选频段研究力度.25（二）推进 6G 国际化合作与发展.25（三）突破 6G 潜在关键技术.26 1 一、前言 当前，全球新一轮科技革命和产业变革正在加速演进，人工智能（AI）、VR/AR、三维（3D）媒体和物联网等新一代信息通
4、信技术的广泛应用产生了巨大的传输数据。资料显示，2010年全球移动数据流量为7.462 EB/月，而到2030年，这一数字将达到 5016 EB/月，移动数据流量的快速增长对移动通信系统的迭代提出了更高的要求。此外，在制造、交通、教育、医疗和商业等社会的各个领域，智能化正成为不可逆的趋势。为了实现智慧城市的愿景，数百万个传感器将被嵌入到城市中的车辆、楼房、工厂、道路、家居和其他环境中，需要具有可靠连接性的无线高速通信方式来支持这些应用。随着通信需求的提升，移动通信从1G逐步发展至现在的5G，并且 5G 已经在全球范围内开始大规模部署。5G 与 4G 相比，能够提供新功能并实现更好的服务质量（Q
5、oS）。尽管如此，以数据为中心的智能化系统的快速增长对 5G 无线系统的能力带来了巨大挑战。例如要保证虚拟现实（VR）设备良好的用户体验，至少需要 10 Gbps 的数据速率，这已经是超越 5G（B5G）后才能实现的目标。为了克服5G 应对新挑战的性能限制，需要开发具有新功能特性的 6G无线系统。一方面，6G 要实现对传统蜂窝网络所有功能的融合，例如支持网络致密化、高吞吐量、高可靠性、低能耗以及大规模连接。另一方面，6G 将运用新技术实现服务和 2 业务的拓展，包括 AI、智能可穿戴设备、自动驾驶汽车、扩展现实（XR）和 3D 投影等。本白皮书将从 6G 愿景、6G 应用场景、6G 网络性能指
6、标、6G 潜在关键技术、国际组织和各国 6G 研究进展等方面展开讨论，并提出加快我国推进 6G 研发的相关建议。二、从 5G 走向 6G：打通虚实空间泛在智联的统一网络 自上世纪 80 年代以来，移动通信基本上以十年为周期出现新一代革命性技术（如图 1 所示），持续加快信息产业的迭代升级，不断推动经济社会的繁荣发展，如今已成为连接人类社会不可或缺的基础信息网络。从应用和业务层面来看，4G 之前的移动通信主要聚焦于以人为中心的个人消费市场，5G 则以更快的传输速度、超低的时延、更低功耗及海量连接实现了革命性的技术突破，消费主体将从个体消费者向垂直行业和细分领域全面辐射。特别是在 5G 与人工智能
7、、大数据、边缘计算等新一代信息技术融合创新后，能够进一步赋能工业、医疗、交通、传媒等垂直行业，更好地满足物联网的海量需求以及各行业间深度融合的要求，从而实现从万物互联到万物智联的飞跃。3 图 1 移动通信的演进历程（1G6G）5G 的目标是在满足个人用户信息消费需求的同时，向社会各行业和领域广泛渗透，实现移动通信网络从消费型应用向产业型应用的升级。尽管当前 5G 尚未大规模应用和深入渗透，但从 5G 标准的规范来看，仍然在信息交互方面存在空间范围受限和性能指标难以满足某些垂直行业应用的不足。例如，从通信网络空间覆盖范围看，5G 仍然是以基站为中心的发散覆盖，在基站所未覆盖的沙漠、无人区、海洋等
8、区域内将形成通信盲区，预计 5G 时代仍将有 80%以上的陆地区域和 95%以上的海洋区域无移动网络信号。此外，5G的通信对象集中在陆地地表10km以内高度的有限空间范围，无法实现“空天海地”无缝覆盖的通信愿景。从行业应用的网络性能需求看，更大的连接数密度、更大的传输带宽、更低的端到端时延、更高的可靠性和确定性以及更智能化的网络特性，是移动通信网络与垂直行业融合应用得以快速推广和长远发展的必然需要。例如，对于智能工厂，6G 能够将时延缩减至亚秒（100 个/人）在人体的广泛应用，对重要器官、神经系统、呼吸系统、泌尿系统、肌肉骨骼、情绪状态等进行精确实时的“镜像映射”，形成一个完整人体的虚拟世界
9、的精确复制品，进而实现人体个性化健康数据的实时监测。此外，结合核磁、CT、彩超、血常规、尿生化等专业的影像和生化检查结果，利用 AI 技术可对个体提供健康状况精准评估和及时干预，并且能够为专业医疗机构下一步精准诊断和制定个性化的手术方案提供重要参考。（二）空中高速上网（二）空中高速上网 为了给乘客提供飞机上的空中上网服务，4G/5G 时代通 6 信界为此做过大量的努力，但总体而言，目前飞机上的空中上网服务仍然有很大的提升空间。当前空中上网服务主要有两种模式地面基站模式和卫星模式。如采用地面基站模式，由于飞机具备移动速度快、跨界幅度大等特点，空中上网服务将面临高机动性、多普勒频移、频繁切换以及基
10、站覆盖范围不够广等带来的挑战。如采用卫星通信模式，空中上网服务质量可以相对得到保障，但是成本太高。为了解决这一难题，6G 将采用全新的通信技术以及超越“蜂窝”的新颖网络架构，在降低网络使用成本的同时保证在飞机上为用户提供高质量的空中高速上网服务。（三）基于全息通信的（三）基于全息通信的 XR 虚拟现实与增强现实（AR/VR）被业界认为是 5G 最重要的需求之一。影响 AR/VR 技术、应用和产业快速发展的一大因素是用户使用的移动性和自由度，即不受所处位置的限制，而 5G 网络能够提升这一性能。随着技术的快速发展，可以预期 10 年以后（2030），信息交互形式将进一步又AR/VR 逐步演进至高
11、保真扩展现实（XR）交互为主，甚至是基于全息通信的信息交互，最终将全面实现无线全息通信。用户可随时随地享受全息通信和全息显示带来的体验升级视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉乃至情感将通过高保真XR 充分被调动，用户将不再受到时间和地点的限制，以“我”为中心享受虚拟教育、虚拟旅游、虚拟运动、虚拟绘画、虚 7 拟演唱会等完全沉浸式的全息体验。（四）新型智慧城市群（四）新型智慧城市群 随着数字时代的不断演进，通信网络成为智慧城市群不可或缺的公共基础设施。对城市管理部门而言，城市公共基础设施的建设和维护是重要职责。目前，由于不同的基础设施由不同的部门分别建设和管理，绝大部分城市公共基础设施的信息感知、传输、
12、分析、控制仍处于各自为政现状，缺乏统一的平台。作为城市群的基础设施之一，6G 将采用统一网络架构，引入新业务场景，构建更高效更完备的网络。未来 6G 网络可由多家运营商投资共建，采用网络虚拟化技术、软件定义网络和网络切片等技术将物理网络和逻辑网络分离。人工智能（AI）深度融入 6G 系统，将在高效传输、无缝组网、内生安全、大规模部署、自动维护等多个层面得到实际应用。（五（五）全域应急通信抢险全域应急通信抢险 6G 将由地基、海基、空基和天基网络构建成分布式跨地域、跨空域、跨海域的空天海地一体化网络。到 2030年以后，“泛在连接”将成为 6G 网络的主要特点之一，完成在沙漠、深海、高山等现有网
13、络盲区的部署，实现全域无缝覆盖。依托其覆盖范围广、灵活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面灾害影响等特点，6G 通信网络在应急通信抢险、“无人区”实时监测等领域应用前景广阔。例如，在发 8 生地震等自然灾害造成地面通信网络毁坏时，可以整合天基网络（卫星）和空基网络（无人机）等通信资源，实现广域无缝覆盖、随时接入、资源集成支撑应急现场远距离保障和扁平化的应急指挥。此外，利用 6G 网络还可以对沙漠、海洋、河流等容易发生自然灾害的区域进行实时动态监控，提供沙尘暴、台风、洪水等预警服务，将灾害损失降到最低。（六）智能工厂（六）智能工厂 PLUS 利用 6G 网络的超高带宽、超低时延和超可靠等特性，可
14、以对工厂内车间、机床、零部件等运行数据进行实时采集，利用边缘计算和 AI 等技术，在终端侧直接进行数据监测，并且能够实时下达执行命令。6G 中引入了区块链技术，智能工厂所有终端之间可以直接进行数据交互，而不需要经过云中心，实现去中心化操作，提升生产效率。不仅限于工厂内，6G 可保障对整个产品生命周期的全连接。基于先进的6G 网络，工厂内任何需要联网的智能设备/终端均可灵活组网，智能装备的组合同样可根据生产线的需求进行灵活调整和快速部署，从而能够主动适应制造业个人化、定制化 C2B的大趋势。智能工厂 PLUS 将从需求端的客户个性化需求、行业的市场空间，到工厂交付能力、不同工厂间的协作，再到物流
15、、供应链、产品及服务交付，形成端到端的闭环，而6G 贯穿于闭关的全过程，扮演着重要角色。9 （七）网联机器人和自治系统（七）网联机器人和自治系统 目前，一些汽车技术研究人员正在研究智能网联汽车。6G 有助于网联机器人和自主系统的部署，无人机快递系统就是这样的一个案例。基于 6G 无线通信的自动车辆可以极大地改变我们的日常生活方式。6G 系统将促进自动驾驶汽车或无人驾驶汽车的规模部署和应用。自动驾驶汽车通过各种传感器来感知周围环境，如光探测和测距（LiDAR）、雷达、GPS、声纳、里程计和惯性测量装置。6G 系统将支持可靠的车与万物相连（V2X）以及车与服务器之间的连接（vehicle to s
16、erver）。对于无人机（UAV），6G 将支持无人机与地面控制器之间的通信。无人机在军事、商业、科学、农业、娱乐、城市治理、物流、监视、航拍、抢险救灾等许多领域都有广阔的应用空间。此外，当蜂窝基站不存在或者不工作时，无人机可以作为高空平台站（HAPS）为该区域的用户提供广播和高速上网服务。四、6G 网络性能指标及潜在关键技术（一）性能指标（一）性能指标 6G 网络将实现甚大容量与极小距离通信（VLC&TIC）、超越尽力而为与高精度通信（BBE&HPC）和融合多类通信（ManyNet），相较于 5G，6G 的峰值速率、用户体验速率、时延、流量密度、连接数密度、移动性、频谱效率、定位能力、频谱支持能力和网络能效等关键指标都有了明显的提升，10 具体指标对比如表 1 所示。表 1 6G 与 5G 关键性能指标对比 （二）潜在关键技术（二）潜在关键技术 1、下一代信道编码及调制技术 针对各国及相关产业界愿景设想，6G 网络将实现100Gbps 的数据速率，使用高于 275GHz 频段的太赫兹（THz）频段，信道带宽也是以 GHz 为单位。同时面临毫米波、空间、海洋等更为复杂的业务传输场景，对
