1、引言

隨著5G第一個標準版本完成，2019年將會有5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備小規(guī)模試商用，首批符合5G標準的終端亦將上市。可以預期，擁有三大技術(shù)特性（enhanced Mobile BroadBand，eMBB；massive Machine-Type-Communications，mMTC；ultra-Reliable Low-Latency Communications，uRLLC）的5G無線移動通信系統(tǒng)將支撐未來十年（2020～2030年）信息社會的無線通信需求，成為有史以來最龐大復雜的通信網(wǎng)絡(luò)，并將在多方面深刻影響社會發(fā)展及人類生活：與水和電一樣，移動通信也將成為人類社會的基本需求；成為推動社會經(jīng)濟、文化和日常生活在內(nèi)的社會結(jié)構(gòu)變革的驅(qū)動力；將會極大地擴展人類的活動范圍。

當然，上述5G愿景還需要通信領(lǐng)域的技術(shù)人員與其它相關(guān)行業(yè)人員一起努力，經(jīng)過一定的時間逐步實現(xiàn)，包括標準不斷完善、工程化逐步落地及商業(yè)應(yīng)用模式突破等。這里從標準化角度觀察5G標準不斷成熟完善的過程。

當前處于5G標準化的第一階段，即5G基礎(chǔ)功能標準化階段。此階段主要針對eMBB技術(shù)特性優(yōu)化，同時兼顧uRLLC和mMTC兩種特性的基礎(chǔ)需求，包括5G NR Rel-15和Rel-16兩個標準版本。5G第一個基礎(chǔ)標準化版本（5G NR Rel-15）已基本完成，包括分階段發(fā)布的三個子版本：國際標準化組織3GPP 于2018年3月發(fā)布了第一個5G技術(shù)標準， 支持非獨立組網(wǎng)（Non-Standalone，NSA）與eMBB功能［1］；2018年9月，3GPP批準了5G獨立組網(wǎng)（Standalone， SA）技術(shù)標準［2］，5G自此進入了產(chǎn)業(yè)全面沖刺的新階段；2018年12月3GPP 于RAN#82全會上宣布，最后一個子版本（5G NR Rel-15 late drop）于2019年3月發(fā)布，支持NR-NR DC（Dual Connectivity）特性［3］。而5G第二個標準版本（Rel-16），其所有技術(shù)特性已通過標準立項，相關(guān)標準化工作正在如火如荼的進行中，并將于2019年12月完成并正式發(fā)布。

5G標準化的下一階段（可稱為“5G+”）將從2020年開始，對應(yīng)的標準版本為5G NR Rel-17及后續(xù)版本，標準化重點包括兩方面［4］：優(yōu)化uRLLC和mMTC兩種物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）特性，以更好支持垂直行業(yè)的應(yīng)用（例如，工業(yè)無線互聯(lián)網(wǎng)、高鐵無線通信等）；設(shè)計支持52.6GHz～114.25GHz毫米波頻段的空口特性。預期5G標準化的第二階段將會吸引更多垂直行業(yè)領(lǐng)域成員參與標準制定，從而5G標準可以更好地針對垂直行業(yè)需求進行標準優(yōu)化。

盡管5G尚處于規(guī)模商用起步階段，相關(guān)技術(shù)特性還需要繼續(xù)增強完善，物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用場景的業(yè)務(wù)模式也需要繼續(xù)探索，但我們也有必要同步前瞻未來信息社會的通信需求，啟動下一代移動通信系統(tǒng)概念與技術(shù)研究。這里我們嘗試從三方面分析即刻啟動下一代移動通信系統(tǒng)（為簡化表達，下文將統(tǒng)一用6G標識）概念與技術(shù)研究的必然性。

（1）十年周期法則。“自1982年引進第一個代（1G）移動通信系統(tǒng)以來，大約每十年更新一代無線移動通信系統(tǒng)”［5］，而且任何一代從開始概念研究到商業(yè)應(yīng)用都需要十年左右的時間，也即，當上一代進入商用期，下一代開始概念和技術(shù)研究。5G研究始于十年前，現(xiàn)在啟動6G研究符合移動通信系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律。

（2）“鯰魚效應(yīng)”。不同于前幾代移動通信系統(tǒng)，5G主要針對物聯(lián)網(wǎng)/垂直行業(yè)應(yīng)用場景。隨著5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署，尤其是5G中后期，必將會有眾多垂直行業(yè)成員深度參與5G生態(tài)。與傳統(tǒng)運營商主導的現(xiàn)狀相比，未來新興企業(yè)（尤其是天生具有創(chuàng)新思維的互聯(lián)網(wǎng)公司）的深入?yún)⑴c將會對傳統(tǒng)通信產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大沖擊，甚至是革命性影響，即所謂“鯰魚效應(yīng)”。

（3）IoT業(yè)務(wù)模式爆發(fā)潛力。如同當年智能手機的出現(xiàn)刺激了3G應(yīng)用并觸發(fā)4G規(guī)模部署需求，相信IoT業(yè)務(wù)某些模式亦將會在5G時代某時間點刺激5G產(chǎn)業(yè)爆發(fā)，進而刺激對未來6G網(wǎng)絡(luò)的需求。我們需要有足夠的想象力，并需要為可能到來的未來網(wǎng)絡(luò)提前著手準備，打好技術(shù)基礎(chǔ)。

綜上分析，我們可以得出結(jié)論——現(xiàn)在是開啟下一代無線移動通信系統(tǒng)（6G）研究的合適時機。

近期，越來越多的機構(gòu)或個人開始涉及B5G或6G概念，包括學術(shù)界、工業(yè)界、政府甚至公眾［6-9］。根據(jù)谷歌搜索引擎的統(tǒng)計，“6g technologies”是當今搜索量最大的17個關(guān)鍵詞之一［10］。在2018美國移動世界大會上，美國聯(lián)邦通訊委員會的一位官員在公開場合展望6G［9］。不只美國，中國也已啟動6G相關(guān)工作。2018年3月工業(yè)和信息化部部長苗圩在接受媒體采訪時表示，中國已著手研究6G［11］。據(jù)悉，除中美兩國外，歐盟、俄羅斯等也正在緊鑼密鼓地開展相關(guān)工作。由此可以看出，業(yè)界對現(xiàn)在啟動6G相關(guān)研究有一定的共識。

本文主要探討十年后（2030年～）的通信需求和技術(shù)，即針對下一代無線移動通信系統(tǒng)（6G），其相對5G屬于革命性（Revolution）系統(tǒng)。當然，不排除本文涉及的部分技術(shù)特性提前成熟或部分業(yè)務(wù)場景提前應(yīng)用的可能，則本文把該部分歸屬5G演進特性（Evolution），即可以歸屬所謂B5G（Beyond 5G）。可以預期，當前5G大部分特性將會在6G系統(tǒng)中繼續(xù)保留并增強，但這些5G技術(shù)增強部分不屬于本文討論范疇。本文將側(cè)重探討6G系統(tǒng)中可能引入的革命性關(guān)鍵技術(shù)。

本文將分別從需求驅(qū)動和技術(shù)驅(qū)動兩個維度進行分析討論，重點探討6G愿景、需求與挑戰(zhàn)、潛在候選技術(shù)，嘗試勾勒出6G的整體框架，以期為后續(xù)展開6G研究提供方向性指引。

2、6G愿景與挑戰(zhàn)

5G啟動初期，確立的5G愿景為“信息隨心至，萬物觸手及”［12］。基于此愿景，確定了5G技術(shù)指標需求，并進一步提出了候選關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)歷了概念確定、技術(shù)研究、標準化和產(chǎn)品開發(fā)過程，5G系統(tǒng)即將投入規(guī)模商用，5G愿景也將隨著標準的完善及產(chǎn)業(yè)的成熟而逐步實現(xiàn)。現(xiàn)在要開啟6G前瞻性研究，也有必要首先確立6G愿景及相應(yīng)的技術(shù)需求與挑戰(zhàn)，以牽引后續(xù)6G相關(guān)研究。5G已經(jīng)如此激動人心，并將全面地賦能社會，未來我們還能做什么？

本節(jié)將首先給出對未來6G愿景的暢想，并淺析所述愿景的必然性，然后進一步闡述實現(xiàn)6G愿景所面臨的技術(shù)需求與挑戰(zhàn)。

2.1 6G愿景（6G Vision）

當前5G的目標是滲透到社會的各個領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。但受限標準化時間及相關(guān)技術(shù)發(fā)展的成熟度，在信息交互的空間深度和廣度上還有很多不足：當前通信對象集中在陸地地表數(shù)千米高度的有限空間范圍內(nèi)；雖然考慮了物聯(lián)需求，但距離真正無所不在的萬物互聯(lián)還有距離。尤其是隨著人類活動范圍的快速擴張，眾多技術(shù)領(lǐng)域的快速進步，對更加廣泛多樣的信息交互提出了更高的需求。

6G目標是滿足十年后（2030年～）的信息社會需求，因此6G愿景應(yīng)該是現(xiàn)有5G不能滿足而需要進一步提升的需求。基于5G可以滿足的需求，并結(jié)合其它相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，我們認為6G愿景可以概括為四個關(guān)鍵詞：“智慧連接”、“深度連接”、“全息連接”、“泛在連接”，而這四個關(guān)鍵詞共同構(gòu)成“一念天地，萬物隨心”的6G總體愿景。

5G愿景“信息隨心至，萬物觸手及”，強調(diào)信息交互、萬物可連接，而且連接對象集中在陸地10km高度的有限空間范圍內(nèi)。5G雖然在Rel-16版本開始研究并標準化非陸地通信網(wǎng)絡(luò)（non-terrestrial networks，NTN））技術(shù)特性［13］，但NTN架構(gòu)涉及的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)標準及技術(shù)體系依然是彼此獨立，需要通過專門的網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接交互，其通信能力和效率很難滿足十年后的“泛在連接”需求。為滿足未來“泛在連接”需求，6G需要引入下文所述的空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)將是一個有機整體，也即需要統(tǒng)一的標準協(xié)議架構(gòu)和技術(shù)體系，真正實現(xiàn)空天地海一體化的“泛在連接”。另外，5G海量連接特性（mMTC）強調(diào)連接數(shù)量，而不要求實時性；超可靠低時延特性（uRLLC）強調(diào)可靠性與實時性，但對連接數(shù)量和吞吐量沒有需求，是以降低頻譜效率和連接數(shù)量為代價實現(xiàn)的。而6G的“萬物隨心”愿景則同時需要海量連接、可靠性、實時性和吞吐量需求，這些對通信網(wǎng)絡(luò)是全新的巨大挑戰(zhàn)，其對應(yīng)的典型場景為下文所述的無線觸覺網(wǎng)絡(luò)。因此，雖然6G愿景涵蓋的基本概念中部分在5G已有涉及，但6G愿景提出了更高的目標，以滿足未來全新的場景需求。

概括來說，6G總體愿景是基于5G愿景的進一步擴展：“一念天地”中的“一念”一詞強調(diào)實時性，指無處不在的低時延、大帶寬的連接，“念”還體現(xiàn)了思維與思維通信的“深度連接”，“天地”對應(yīng)空天地海無處不在的“泛在連接”；“萬物隨心”所指的萬物為智能對象，能夠“隨心”所想而智能響應(yīng)，即“智慧連接”；呈現(xiàn)方式也將支持“隨心”無處不在的沉浸式全息交互體驗，即“全息連接”。

圖1、6G愿景

·智慧連接（Intelligent connectivity）

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是當前最熱門的話題之一，幾乎各個領(lǐng)域都在探索利用AI技術(shù)。無線移動通信網(wǎng)絡(luò)與AI結(jié)合，讓AI更好的賦能網(wǎng)絡(luò)也成為必然趨勢［14-30］。目前人們已經(jīng)開始嘗試在5G系統(tǒng)中使用AI技術(shù)［31-32］，但當前5G與AI的結(jié)合只能算是利用AI對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行優(yōu)化改造，而不是真正以AI為基礎(chǔ)的全新智能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。首先，AI技術(shù)應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)的時機相對較晚，最近幾年才真正展開研究并嘗試把AI技術(shù)應(yīng)用在5G網(wǎng)絡(luò)，而5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)本身早已定型。盡管5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計初期考慮了足夠的靈活性（即所謂軟件可定義），但畢竟沒有考慮AI技術(shù)特點，依然算是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系。其次，盡管AI技術(shù)發(fā)展很快，也已在一些領(lǐng)域展現(xiàn)了其強大的能力，但在更多領(lǐng)域依然處于探索階段，AI與無線通信技術(shù)結(jié)合研究更是剛起步不久，距離真正技術(shù)成熟還需要一個較長期的研究過程。

不過AI發(fā)展的趨勢讓我們看到了未來十年其技術(shù)成熟的可能性。同時，考慮到未來6G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將會越來越龐大異構(gòu)，業(yè)務(wù)類型和應(yīng)用場景也越來越繁雜多變，充分利用AI技術(shù)來解決這種復雜的需求幾乎是必然的選擇。預期未來6G將會突破傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用范疇， 演變成為支撐全社會、全領(lǐng)域/行業(yè)運行的基礎(chǔ)性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。若未來網(wǎng)絡(luò)依然以現(xiàn)有統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)框架來支撐6G時代極度差異化的繁雜應(yīng)用，將會面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。AI技術(shù)的新一輪復興及迅猛發(fā)展， 為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)并超越傳統(tǒng)移動通信設(shè)計理念與性能提供了潛在的可能性，并將充分賦能未來6G網(wǎng)絡(luò)［21］。因此，我們認為基于AI技術(shù)構(gòu)建6G網(wǎng)絡(luò)將是必然的選擇，“智慧”將是6G網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在特征，即所謂“智慧連接”。

“智慧連接”特征可以表現(xiàn)為通信系統(tǒng)內(nèi)在的全智能化：網(wǎng)元與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的智能化、連接對象的智能化（終端設(shè)備智能化）、承載的信息支撐智能化業(yè)務(wù)。未來6G網(wǎng)絡(luò)將會面臨諸多挑戰(zhàn)：更復雜、更龐大的網(wǎng)絡(luò)，更多類型的終端及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，更加復雜多樣的業(yè)務(wù)類型。“智慧連接”將同時滿足兩方面的需求：一方面，所有相關(guān)連接在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備本身智能化，相關(guān)業(yè)務(wù)也已智能化；另一方面，復雜龐大的網(wǎng)絡(luò)本身也需要智能化方式管理。“智慧連接”將是支撐6G網(wǎng)絡(luò)其它三大特性“深度連接”、“全息連接”和“泛在連接”的基礎(chǔ)特性。

· 深度連接（Deep connectivity）

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)（也包括即將規(guī)模部署的5G網(wǎng)絡(luò)）已有深度覆蓋的概念，主要是優(yōu)化室內(nèi)接入需求的深度覆蓋。為實現(xiàn)室內(nèi)深度覆蓋，工程中一般采用室外宏基站覆蓋室內(nèi)，或者室內(nèi)部署無線節(jié)點。4G及之前幾代的蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是針對以人為中心的通信需求，深度覆蓋針對人員活動的典型室內(nèi)場景進行優(yōu)化。經(jīng)過多代無線通信系統(tǒng)的技術(shù)演進及工程經(jīng)驗積累，對人員活動場所的典型室內(nèi)場景覆蓋優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)非常成熟。5G開始，通信對象從以人為中心的通信擴展為同時包括物聯(lián)通信，即所謂萬物互聯(lián)。因此，5G及未來無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及其部署需要同時兼顧人和物的深度覆蓋需求，尤其是物聯(lián)場景的深度覆蓋。

人類生產(chǎn)和生活空間不斷擴大，信息交互需求的類型和場景越來越復雜。以5G為開端的萬物互聯(lián)將會促進物聯(lián)網(wǎng)通信需求快速提升，并很可能在未來幾年內(nèi)爆發(fā)。相對人員的通信需求，物聯(lián)網(wǎng)信息交互無論是空間范圍還是信息交互類型，都將會極大的擴展。可以預期，未來物聯(lián)需求將會從幾方面快速發(fā)展：

（1）連接對象活動空間的深度擴展。

（2）更深入的感知交互。未來的通信設(shè)備及其連接對象將大部分智能化，從而需要更深度的感知、更實時的反饋與響應(yīng)，如同延伸的人類軀干和四肢。

（3）物理網(wǎng)絡(luò)世界的深度數(shù)據(jù)挖掘。AI深度學習將會對未來通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)深度挖掘與利用，同時還包括為支持深度學習而強化的大數(shù)據(jù)通信需求。

（4）深入神經(jīng)的交互。人機接口（Brain Computer Interface，BCI）等技術(shù)的成熟，思維與思維的直接交互將成為可能，一定程度的“心靈感應(yīng)”將可能變?yōu)楝F(xiàn)實［10］［34］。

因此，我們預期十年后（2030年～）的6G系統(tǒng)，接入需求將從深度覆蓋演變?yōu)椤吧疃冗B接（Deep connectivity）”，其特征可以概括為如下幾點：

○ 深度感知（Deep Sensing）：觸覺網(wǎng)絡(luò)（Tactile Internet）；

○ 深度學習（Deep Learning /AI）：深度數(shù)據(jù)挖掘；

○ 深度思維（Deep Mind）：心靈感應(yīng)（Telepathy）、思維與思維的直接交互（Mind-to-Mind Communication）。

· 全息連接（Holographic connectivity）

AR/VR（Virtual and Augmented Reality）被認為是5G最重要的需求之一，尤其是對5G高吞吐量需求的典型應(yīng)用之一，5G將能夠支持把當前有線或固定無線接入的AR/VR變?yōu)楦鼜V泛場景的無線移動AR/VR。一旦AR/VR可以更簡單方便且不受位置限制的移動使用，將會促進AR/VR業(yè)務(wù)快速發(fā)展，進而刺激AR/VR技術(shù)與設(shè)備本身的快速發(fā)展與成熟。可以預期，十年后（2030年～），媒體交互形式將可能以現(xiàn)在平面多媒體為主，發(fā)展為高保真AR/VR交互為主，甚至全息信息交互，進而無線全息通信將成為現(xiàn)實。高保真AR/VR將普遍存在，全息通信及顯示也可隨時隨地的進行，從而人們可以在任何時間和地點享受完全沉浸式全息交互體驗，即實現(xiàn)所謂“全息連接”的通信愿景。當然，若想基于無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全息通信、高保真AR/VR將會面臨諸多挑戰(zhàn)［35］，一系列文獻已經(jīng)在研究采用AI技術(shù)來解決相關(guān)問題［36-38］，即需要“智慧連接”的支撐。

“全息連接”特征可以概括為：全息通信、高保真AR/VR、隨時隨地無縫覆蓋的AR/VR。

· 泛在連接（Ubiquitous connectivity）

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)也有隨時隨地的無線接入需求。不過如前所述，5G系統(tǒng)開始，相對人員的通信需求，物聯(lián)網(wǎng)信息交互無論是空間范圍還是信息交互類型都將會極大的擴展。物聯(lián)設(shè)備的活動范圍將會極大擴展通信接入的地理空間，包括布置于深地、深海或深空的無人探測器，中高空有人/無人飛行器，深入惡劣環(huán)境的自主機器人、遠程遙控的智能機器設(shè)備等。另外，隨著宇航、深海探測等領(lǐng)域的科學技術(shù)快速發(fā)展，在一些極端自然環(huán)境下的生存能力提升，人類自身的活動空間也在快速擴展。例如，2030～2040年，也許會有更多人有機會進入外太空，則衛(wèi)星與地面、衛(wèi)星之間及與航天器之間的通信需求將會更普遍，而不是現(xiàn)在僅僅局限于少數(shù)專業(yè)的科學探索領(lǐng)域的特殊通信需求；人類在地面的活動蹤跡也會更多的出現(xiàn)在極地、沙漠腹地等；遠洋的活動、更多無人島嶼進駐人類。上述通信場景構(gòu)成十年后（2030年～）更為廣泛的“隨時隨地”連接需求，即實現(xiàn)真正的“泛在連接（Ubiquitous connectivity）”，“廣闊”的世界也將變得越來越觸手可及。

“泛在連接”特征可以概括為：全地形、全空間立體覆蓋連接，即“空-天-地-海”隨時隨地的連接，或稱為空天地海一體化通信。對比“深度連接”和“泛在連接”，前者側(cè)重連接對象的深度，后者強調(diào)地理區(qū)域的廣度。

總結(jié)上述四大未來6G愿景，“智慧連接”是未來6G網(wǎng)絡(luò)的大腦和神經(jīng)，“深度連接”、“全息連接”和“泛在連接”三者構(gòu)成6G網(wǎng)絡(luò)的軀干，從而這四個特性共同使得未來6G網(wǎng)絡(luò)成為完整的擁有“靈魂”的有機整體。未來通信系統(tǒng)將會在現(xiàn)有5G的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展增強，真正實現(xiàn)信息突破時空限制、網(wǎng)絡(luò)拉近萬物距離，實現(xiàn)無縫融合的人與萬物智慧互聯(lián)，并最終達到“一念天地，萬物隨心”的6G總體愿景。

2.2 需求與挑戰(zhàn)（Requirements and Challenges）

2.1節(jié)對未來6G網(wǎng)絡(luò)做了暢想，其美好愿景讓人無限期待。但若想實現(xiàn)這些美好的愿景，我們將不得不面臨諸多技術(shù)需求與挑戰(zhàn)。毫無疑問，5G已有的幾項基本技術(shù)指標還會在現(xiàn)有需求的基礎(chǔ)上進一步提升，包括更高的吞吐量、更低的時延、更高的可靠性和更海量的連接數(shù)等。不過本文將重點討論幾項6G特有的關(guān)鍵技術(shù)需求與挑戰(zhàn)。本節(jié)將會首先羅列這幾項6G關(guān)鍵的技術(shù)需求與挑戰(zhàn)，然后再對它們進行詳細討論和分析。為實現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)的愿景，滿足未來通信需求，如下幾項關(guān)鍵技術(shù)需求與挑戰(zhàn)需要被考慮。

圖2、6G需求與挑戰(zhàn)

· 峰值速率：太比特時代（Terabit Era， Tb/s）

提及無線移動通信系統(tǒng)，人們首先要考慮的需求指標是峰值速率，峰值速率是從第一代無線移動通信系統(tǒng)開始就一直追求的關(guān)鍵技術(shù)指標之一。毫無疑問，6G也必將進一步提升峰值速率。從無線通信系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律和6G愿景兩個角度分析可知，6G峰值速率可能進入太比特時代（Terabit Era，Tb/s）。

首先，我們基于1～5G移動通信系統(tǒng)峰值速率提升的統(tǒng)計規(guī)律定量預測十年后（2030年～）的峰值速率需求。基于文獻［44］的分析可知，1～5G移動通信系統(tǒng)峰值速率的增長服從指數(shù)分布（按照各代系統(tǒng)標準化的時間點計算）。基于峰值速率對應(yīng)文中表一第二列所示（1～5G移動通信系統(tǒng)的峰值速率）預測未來十年的發(fā)展趨勢，可知2030年可能達到Tb/s峰值速率。其次，從6G愿景定性分析可知，至少有兩方面的應(yīng)用需要6G峰值速率大幅度提升：

（1）智能化（大數(shù)據(jù)）的普遍應(yīng)用，需要海量的數(shù)據(jù)傳輸需求，基于大數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用可能是觸發(fā)下一代移動通信系統(tǒng)發(fā)展的重要驅(qū)動力之一；

（2）高保真的AR/VR和全息通信將成為6G必然支持的應(yīng)用，其所需的數(shù)據(jù)速率將遠超我們目前已知的其他無線應(yīng)用。

進一步，為達到高保真沉浸式AR/VR，不僅需要Tb/s的峰值速率，還需要較低的交互時延，也即需要高吞吐率與低時延同時保證。另外，隨時隨地AR/VR意味著任何時間任何地點都希望可以滿足高速率需求，也即不僅要求峰值速率，對網(wǎng)絡(luò)平均速率和覆蓋也有極高的要求。

總結(jié)上述分析可知，6G網(wǎng)絡(luò)將需要高達Tb/s級別的峰值速率。另外，不同于以往僅要求局部覆蓋區(qū)域（例如熱點區(qū)域）的峰值速率需求，6G網(wǎng)絡(luò)還將要求能夠隨時隨地的享受高速率、低時延的連接需求，這些將是6G網(wǎng)絡(luò)需要面對的巨大挑戰(zhàn)。

· 更高能效（Higher Energy Efficiency）

超大規(guī)模的移動通信網(wǎng)絡(luò)已成為世界能源消耗的不可忽視的一部分。它不僅產(chǎn)生巨大的碳排放，而且占據(jù)了相當一部分的運營成本。未來6G網(wǎng)絡(luò)擁有超高吞吐量、超大帶寬、超海量無處不在的無線節(jié)點，這些將對能耗帶來前所未有的巨大挑戰(zhàn)。頻譜效率提升和頻譜帶寬增大，吞吐量可以有巨大的提升，但隨之而來的能效問題將會更加嚴重，需要盡可能降低每比特的能量消耗（J/bit）。無所不在、密集充滿人類生產(chǎn)生活空間的感知網(wǎng)絡(luò)傳感器，將帶來兩方面的能耗問題：首先，龐大的數(shù)量帶來高昂的總能耗；其次，如何方便有效地對無處不在的部署進行供能也是挑戰(zhàn)。另外，“智慧連接”中海量數(shù)據(jù)處理功耗、超大規(guī)模天線的處理功耗等場景，也是未來6G網(wǎng)絡(luò)需要面臨的功耗挑戰(zhàn)。面對未來6G網(wǎng)絡(luò)巨大的能源消費壓力，綠色節(jié)能通信顯得尤為重要和迫切［45］。

· 隨時隨地的連接（Connection Everywhere and Anytime）

隨著科學技術(shù)的進步，人類活動空間將進一步擴大，活動區(qū)域更普遍的到達高空、外太空、遠洋、深海；通信節(jié)點，尤其是物聯(lián)節(jié)點相對人員將遍布更廣闊的區(qū)域。通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)和人類的社會活動密不可分，未來需要構(gòu)建一張無所不在（覆蓋空天地海）、無所不連（萬物互聯(lián)）、無所不知（借助各類傳感器）、無所不用（基于大數(shù)據(jù)和深度學習）的網(wǎng)絡(luò)，真正實現(xiàn)隨時隨地的連接及交互需求。未來通信網(wǎng)絡(luò)的通信目標應(yīng)為：任何人（Anyone）在任何時間（Anytime）任何地點（Anywhere）可與任何人（Anyone）進行任何業(yè)務(wù)（Anyservice）通信或與任何相關(guān)物體（Related Objects）進行相關(guān)信息（Related Information）交互［46］。

· 全新理論與技術(shù)（New Theories and Technologies）

為實現(xiàn)6G極具挑戰(zhàn)性的愿景，需要新增更多可用頻譜資源，同時也需要在一些基礎(chǔ)性的理論與技術(shù)上有所突破。基于對6G愿景的需求分析，我們認為需要在幾個關(guān)鍵方面取得突破，包括全新信號采樣機制、全新信道編碼與調(diào)制機制、太赫茲通信的理論與技術(shù)、AI與無線通信結(jié)合的技術(shù)等。

· 自聚合通信架構(gòu)（Self-Aggregating Communications Fabric）

幾乎每一代3GPP標準都號稱可以融合多種技術(shù)標準，但最終結(jié)果依然還是一個自我封閉的標準系統(tǒng)。盡管3GPP標準希望包打天下，但在萬物互聯(lián)逐漸實現(xiàn)的過程中，我們將不得不面臨與其它復雜多樣的垂直行業(yè)標準和技術(shù)融合的問題。為更好支持萬物互聯(lián)及垂直行業(yè)應(yīng)用，6G應(yīng)該真正可以動態(tài)的融合多種技術(shù)體系，具備對不同類型網(wǎng)絡(luò)（技術(shù)）智能動態(tài)地自聚合能力。雖然5G能夠一定程度地適應(yīng)不同類型的網(wǎng)絡(luò)（技術(shù)），但還是只能靜態(tài)或半靜態(tài)組合方式。6G將需要實現(xiàn)以更加智能靈活的方式聚合不同類型的網(wǎng)絡(luò)（技術(shù)），以動態(tài)自適應(yīng)地滿足復雜多樣的場景及業(yè)務(wù)需求。

· 非技術(shù)性因素的挑戰(zhàn)（Nontechnical Challenges）

未來6G若想順利落地實現(xiàn)，不僅要面臨上述技術(shù)性問題的挑戰(zhàn)，也將不得不需要盡力克服諸多非技術(shù)因素的挑戰(zhàn)，主要涉及行業(yè)壁壘、消費者習慣及政策法規(guī)問題等。

相對5G，6G將會更加全面地滲透到社會生產(chǎn)、生活的各個方面，與其它垂直行業(yè)領(lǐng)域的結(jié)合也將更加緊密。這意味著移動通信不再局限于自己的領(lǐng)域，需要和其它垂直行業(yè)/領(lǐng)域緊密配合。但是，一些傳統(tǒng)行業(yè)固有的行為方式或利益關(guān)系將會對移動通信的進入直接或間接地設(shè)置行業(yè)壁壘。

頻譜分配與使用規(guī)則是另一個非技術(shù)限制因素。例如6G太赫茲頻段的使用，一方面需要全球不同國家和地區(qū)協(xié)調(diào)分配，盡可能分配統(tǒng)一的頻段范圍，同時還需要考慮與該頻譜的其它領(lǐng)域使用者協(xié)調(diào)，例如氣象雷達等。

衛(wèi)星通信將面臨更多的政策法規(guī)限制。首先，衛(wèi)星通信所用的軌道資源、頻譜資源等都需要各國協(xié)商解決。其次，相對傳統(tǒng)地面通信，衛(wèi)星通信在全球漫游切換方面上將面臨更多挑戰(zhàn)。目前，幾個主要國家及一些商業(yè)實體都在積極進行衛(wèi)星通信系統(tǒng)搭建，如何協(xié)調(diào)這些彼此獨立部署的衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)系，將是一個極其復雜的問題。

另外，移動通信進入眾多完全不同特點的垂直行業(yè)后，不得不面對差異化極大的用戶使用習慣。如何更快速地改造這些千差萬別的垂直行業(yè)用戶固有思維方式和習慣，盡快適應(yīng)全新的行為方式與規(guī)則，將是一個極具挑戰(zhàn)的問題。

6G網(wǎng)絡(luò)最終將提供每秒太比特速率，支撐十年后（2030年～）平均每人1000+無線節(jié)點的連接，并提供隨時隨地的即時全息連接需求。未來將是一個完全的數(shù)據(jù)驅(qū)動的社會，人與萬物被普遍地、近乎即時（毫秒級）地連接，構(gòu)成一個不可思議的完全連接的烏托邦世界。

3、6G候選關(guān)鍵技術(shù)

無線接入技術(shù)發(fā)展推動主要來自兩個方面：關(guān)鍵理論/技術(shù)突破推動技術(shù)發(fā)展，應(yīng)用需求驅(qū)動技術(shù)發(fā)展。對于未來6G將會有哪些潛在的關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成，不同的機構(gòu)分別給出了不同的觀點［6-10］。當前尚處于6G概念探討的初期，各家給出的觀點差異還比較大。但相信隨著大家對6G概念探討和技術(shù)研究的深入，認識將會逐漸清晰，研究方向也會不斷收斂聚焦。本節(jié)將首先分類羅列6G潛在關(guān)鍵候選技術(shù)特性，然后對相關(guān)候選技術(shù)特性進行分析和解讀。

為實現(xiàn)第2節(jié)所描繪的6G愿景及其挑戰(zhàn)，同時考慮相關(guān)技術(shù)發(fā)展狀況與趨勢，我們認為6G潛在關(guān)鍵技術(shù)特性可以包括如下幾方面。

圖3、6G潛在關(guān)鍵技術(shù)特性

基礎(chǔ)性技術(shù)是構(gòu)成6G網(wǎng)絡(luò)的基石，只有關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)被突破，6G網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的技術(shù)需求才可能滿足，進而相關(guān)愿景才可能實現(xiàn)。而專有技術(shù)特性則由多個關(guān)鍵的基礎(chǔ)性技術(shù)點有機組成，用于滿足未來6G典型場景的需求。從系統(tǒng)維度看，多個關(guān)鍵技術(shù)點組成專有技術(shù)特性，而多個專有技術(shù)特性組合構(gòu)建有機的系統(tǒng)。當前，我們需要對6G候選關(guān)鍵技術(shù)進行基礎(chǔ)性研究和突破，為未來6G網(wǎng)絡(luò)的標準化及工程實現(xiàn)技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。其中，AI與無線通信結(jié)合研究（“AI-based Wireless Communication”）近期非常火熱，也是實現(xiàn)未來6G網(wǎng)絡(luò)“智慧連接”的關(guān)鍵技術(shù)，但是否可以作為無線領(lǐng)域的基礎(chǔ)性技術(shù)尚存在爭議。