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重磅:6G全球进展与发展展望白皮书(最新)

对于6G潜在技术所用频段 ,除WRC-23将要讨论 的6GHz频段等外 ,业界普遍聚焦于毫米波频段和太赫兹频段 ,部分甚至扩展至光通信频段。二是持续巩固 我国移动通信低-中-高频频谱资源联合组网模式 ,结合6G场景开展相关频谱资源利用技术 的研究 。
发布时间:2021-05-08 09:54        来源:赛迪智库        作者 :

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撰写 | 赛迪智库无线电管理研究所

发布 | 《通信产业报》全媒体

目录

一 、前言

二、强化顶层设计 ,国际组织持续加快面向2030及未来(6G)的研究和标准化工作

三 、抢跑6G赛道 ,美欧韩日等国家和地区深入推进6G研发战略计划

四 、聚焦核心业务 ,行业龙头企业全面开展6G前瞻性布局

五  、突破区域及行业壁垒  ,6G关键技术及潜在应用研究取得新进展

六 、推进政产学研一体化 , 我国6G研发具备先发优势七  、我国6G研发面临形势及相关建议

前言

自上世纪80年代以来 ,移动通信基本上以十年为周期出现一次迭代升级 ,随着全球5G网络规模化商用步入快车道,针对6G研发的战略性布局已全面拉开帷幕。目前 ,全球多个国家和地区、国际组织以及学术界 、产业界均开展了6G研究 。业界虽然还尚未对6G 的愿景 、关键技术、标准等形成统一 的共识 ,但对于6G商用演进时间节点看法较为一致 ,目前一般预期将在 2030年左右开始商用 。 我们判断 ,未来3-5年将是6G研发 的关键窗口期 。

总体而言,全球范围内6G  的研究仍处于起步阶段 ,整体技术路线尚不明确  ,目前主要在6G愿景目标   、应用场景 、基本指标 、潜在关键技术等方面的研究取得了一定进展  。从目前  的研究看  ,6G总体愿景是基于5G愿景 的进一步扩展和升级  。针对5G在信息交互方面存在 的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  ,6G将具有更加泛在 的连接 、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 。

本白皮书从全球各国6G战略布局、行业龙头企业研究、潜在关键技术 、应用场景 的最新进展以及面临的形势及挑战等方面展开论述 ,并提出加快推进我国6G研发的相关建议。

强化顶层设计,国际组织持续加快面向2030及未来(6G)的研究和标准化工作

(一)ITU  :6G早期研究计划正式启动

国际电信联盟是联合国负责信息通信技术(ICT)事务的专门机构  ,也是开展国际协调确立5G  、6G等电信技术全球通用标准 的重要组织 。2020年2月 ,在瑞士日内瓦召开 的第34次国际电信联盟工作组会议上,面向2030年及未来(6G) 的研究工作正式启动。此次会议明确了2023年底前国际电联6G早期研究 的时间表 ,包含形成未来技术趋势研究报告、未来技术愿景建议书等重要报告的计划  。

部分潜在候选频谱已列入下一步议程。6G频谱需求预计将在2023年底的世界无线电通信大会(WRC)上正式讨论,2027年底的WRC有可能完成6G频谱分配 。目前潜在候选频段包括太赫兹频段  、毫米波频段以及6GHz频段 。太赫兹通信技术可能是未来6G通信技术发展 的一个重要方向  。2019年召开 的世界无线电通信大会(WRC-19)正式批准了275 GHz-296 GHz 、306GHz-313 GHz、318 GHz-333 GHz和356 GHz-450 GHz共137GHz带宽资源可无限制条件地用于固定和陆地移动业务应用,这些频段未来可能用于6G通信业务。同时,WRC-19同意将24.25 GHz-27.5 GHz 、37 GHz -43.5 GHz 、66 GHz-71 GHz 共14.75GHz带宽的频谱标识用于5G和未来国际移动通信系统  ,表明其中部分毫米波频段或可用于6G 。WCR-19大会还决定将6GHz(6425-7125MHz)频段作为新增IMT(5G或6G)频段列入2023年世界无线电通信大会(WRC-23)1.2议题,对6425-7025MHz成为区域性(阿拉伯国家、非洲 、欧洲 、独联体国家)IMT新频段和7025-7125MHz成为全球性IMT新频段进行立项研究。6GHz频谱新增IMT使用划分 的成功立项 ,意味着6GHz频段将成为IMT(5G或6G)全球潜在新增频段 ,世界各国在建设5G系统及未来6G系统时将在很大程度上优先考虑该频段 。

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图2-1 ITU 6G早期研究计划

(二)3GPP  :6G标准化时间节点逐渐清晰

2020年7月3GPP R16标准冻结后,受全球疫情影响 ,原计划2021年底完成冻结的R17   ,已计划推迟到2022年6月 。根据3GPP 2019年公布  的时间表来看,将于2023年开启对于6G的研究,并将在2025年下半年开始对6G技术进行标准化(完成6G标准的时间点在2028年上半年) ,预计2028年下半年将会有6G设备产品面市 。3GPP目前仍正在着 手制定5G R17标准 ,行业内预计从2026年开始将启动首个6G标准R21 的制定,到2030年将冻结R23版本 。

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图2-2 3GPP  公布  的最新时间表

抢跑6G赛道 ,美欧韩日等国家和地区深入推进6G研发战略计划

(一)美国  :建立联盟 ,加快关键核心技术研究

主导建立6G联盟 。2020年10月 ,美国电信行业解决方案联盟(ATIS)牵头组建了Next G联盟(一个专门管理北美6G发展 的贸易组织) 。联盟确定  的战略任务主要包括建立6G战略路线图、推动6G相关政策及预算 、6G技术和服务 的全球推广等  ,希望在6G时代确立美国  的领导地位 。目前 ,全球已有高通  、苹果 、三星、诺基亚等30多家信息通信巨头加入。

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图3-1 Next G联盟创始成员

率先开放6G实验频谱  。美国联邦通信委员会(FCC)于2019年3月全球首先宣布开放95GHz-3THz太赫兹频段作为6G实验频谱  ,发放为期10年、可销售网络服务的实验频谱许可。FCC太赫兹频谱研究主要内容包括95-275 GHz频段政府与非政府共享使用问题 、275 GHz-3 THz电磁干扰问题、非许可频谱问题(包括116-123 GHz  、174.8-182 GHz、185-190 GHz、244-246 GHz  ,合计21.2 GHz带宽)  。

潜在关键技术储备雄厚  。太赫兹技术研究方面美国开展较早,已经具有雄厚 的技术积累。美国国家基金会、国家航空航天局 、能源部和国家卫生学会等机构从20世纪90年代中期开始就对太赫兹科技研究进行大规模  的投入。目前 ,美国国内有数十所大学  、国家实验室都在从事太赫兹技术  的研究工作 。研究成果包括航天飞机表面隔热材料太赫兹成像检测系统 、太赫兹雷达 、安检系统  、环境监测设备等 。2020年9月 ,由30多所美国大学合作组建并获得美国国防部资助 的“太赫兹与感知融合技术研究中心”正式成立 ,这是美国开展6G技术研发 的关键项目之一。此外  ,美国太空探索  公司(SpaceX)“星链”卫星互联网的成功探索使美国在6G空天地海一体化网络技术上遥遥领先 。目前  ,“星链”卫星互联网 的在轨卫星数量已经超过1300颗,SpaceX计划2021年利用部署的1584颗卫星提供近乎覆盖全球 的网络服务。空天地海一体化网络技术 的领先优势使美国可能从“6G+卫星互联网”的战略角度超前部署全球下一代移动通信网络。

此外 ,美国着力开展的未来6G核心技术研究方向还包括支持人工智能(AI) 的高级网络和服务、多接入网络服务技术、智能医疗保健网络服务 、多感测应用 、触觉互联网和超高分辨率3D影像等。

(二)欧洲 :统一战线,合力推进6G研发

多国整体战略合作推进6G研发。欧洲6G研究初期以各大学和研究机构为主体,积极组织全球各区域研究机构共同参与6G技术研究探讨 。2020年 ,欧盟委员会发布 的《全面工业战略  的基础》报告中提出对包括6G在内的新技术进行大量投资。2021年,欧盟 的旗舰6G研究项目“Hexa-X”正式启动 ,项目团队汇集了25家企业和科研机构 ,包括法国运营商Orange 、Atos 、B-COM技术研究所、原子能和替代能源委员会(CEA),德国的西门子  ,意大利电信 、比萨大学 ,西班牙电信 ,芬兰  的诺基亚 、奥卢大学  ,瑞典 的爱立信  ,以及美国  的英特尔等 。Hexa-X是将欧盟关键  的行业利益相关者聚集到一起  、共同推进6G的重要一步。项目目标包括创建独特的6G用例和场景  、研发6G基础技术并为整合关键6G技术使能因素的智能网络结构定义新 的架构 ,愿景是通过6G技术搭建的网络连接人 、物理和数字世界。此外 ,欧洲国家还积极与亚洲国家开展6G研究合作。例如 ,英国任命越南教授为英国皇家工程学院6G电信网络  的研究主席  。英国GBK国际集团组建了6G通讯技术科研小组,并与马来西亚科技网联合共建6G新媒体实验室 。芬兰 、瑞典也分别与韩国达成6G合作协议。

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图3-2 Hexa-X合作伙伴

高校与企业联合开展关键技术研究和试验 。2019年3月,芬兰奥卢大学6G旗舰组织邀请70位来自各国的通信专家 ,召开了全球首届6G峰会 ,共同探讨下一代通信技术驱动因素、研究挑战和未来愿景 ,并发布了全球首份6G白皮书;2020年3月召开 的第2届6G峰会上 ,有12个与6G有关   的议题 ,并围绕相关议题发布了多份白皮书 。诺基亚 公司、奥卢大学 、芬兰国家技术研究中心等机构启动了多个6G研究项目。

(三)韩国:重点聚焦 ,强化产业生态构建

6G顶层设计与战略合作走在全球前列 。2020年8月  ,韩国发布《引领6G时代的未来移动通信研发战略》,提出重点布局6G国际标准并加强产业生态系统  ,目标是确保在5G之后继续成为全球首个6G商用国家 ,并明确了五个试点领域  :数字医疗、沉浸式内容、自动驾驶汽车 、智慧城市和智慧工厂  。韩国政府将在超高性能 、超大带宽 、超高精度、超空间、超智能和超信任六个关键领域推动10项战略任务 。战略合作方面,2019年6月韩国总统文在寅访问芬兰期间达成协议 ,两国将合作开展6G技术研发。

重视国内外合作推动技术研发。韩国通信与信息科学研究院早在2019年4月就正式组建了6G研究  小组 。同年,三星电子、LG 、SK电信等韩国通信巨头均组建了企业6G研究中心或实验室 ,韩国SK电信还表示将与爱立信和诺基亚共同研发超可靠  、低延迟无线网络和多输入多输出天线技术等6G技术  。2021年3月 ,韩国LG电子公司与韩国先进科学技术研究院(KAIST)以及是德科技 公司签署了一项有关“共同开发下一代6G无线通信网络技术”的合作协议,重点是太赫兹无线通信技术 。韩国信息和通信技术促进研究所(IITP)的 6G 研发计划还包括卫星通信、量子密码和通信等6G转换技术 。韩国电信(KT)与首尔国立大学新媒体传播研究所(SNU)将开展合作 ,就6G通信和自主导航业务展开研究 。此外 ,韩国科学与信息通信技术部把用于6G 的100GHz以上超高频段无线器件研发列为14个战略课题中  的“首要”课题,引导企业加大研发实验力度 。

(四)日本  :出台战略  ,启动多项6G试验

全球率先出台6G国家战略  。2020年4月和6月,日本相继发布全球首个以6G作为国家发展目标和倡议 的6G技术综合战略计划纲要和路线图 ,提出要在2025年实现6G关键技术突破、2030年正式启用6G网络 、日本掌握 的6G技术专利份额要超过10%等目标。战略明确了“ 公私部门实现战略合作 的重要性”,由国立情报通信研究机构牵头组建产学研一体化 的联合研发组织 ,提出政府将通过财政支持、税制优惠 、放宽监管和资金支持等方式推动6G研发工作  ,促进关键技术尽早确立 ,争取未来在制定国际标准之时“相关 的技术参数能够符合日本 的国家利益” 。日本将组建更多   的产官学合作机构 ,与海外企业联 手构建国际合作机制  。

开展多项技术研发试验。日本将太赫兹技术列为“国家支柱技术十大重点战略目标”之首 ,目前日本电报电话 公司(NTT)、日本国家信息通信技术研究所 、广岛大学等企业和科研机构已开展多项太赫兹通信技术研发试验 。例如  ,NTT 的实验室已成功开发出使用300GHz太赫兹频段 的6G超高速芯片 。2019年10月 ,日本NTT 、索尼和美国英特尔公司签署了联合研发6G技术 的协议  ,三方将在6G通信标准领域加强合作,还提出了用光驱动 的新半导体技术和充一次电可使用一年 的智能手机两大技术突破目标 。2021年3月,日本通讯企业巨头软银和日本大型光学仪器制造商尼康宣布两家公司合作研发 的全球第一个应用于移动通信  的光学无线电技术“跟踪光学无线通信技术”实验成功。此技术广泛融合了人工智能、图像处理和精密控制技术 ,来创建在双向通信设备上的新使用场景 。此外 ,NTT 、东芝 公司等ICT巨头开展了低能耗光驱动芯片技术、量子暗号通信系统等相关技术的研发  。

聚焦核心业务 ,行业龙头企业全面开展6G前瞻性布局

(一)苹果  :以“太赫兹通信”为抓 手增强6G研发能力

作为全球知名手机厂商 ,苹果也是6G联盟成员单位之一 ,后续将围绕6G技术研发,开展 手机、可穿戴等核心产品创新,提升自身在通信领域的竞争力 。前期苹果 公司对英特尔调制解调器业务进行了收购,随后2021年2月开始针对无线研究系统(5G/6G)和“RAN1/RAN4标准”等领域进行人才储备 ,致力于6G标准研究、无线接入网络 的下一代(6G)无线通信系统设计  、高频(GHz 、THz)领域无线通信技术、智能  手机及可穿戴设备   的无线系统等方向 ,以全面提升公司在通信基带芯片 、设备等领域 的研发能力。

当前 ,苹果针对6G研发的重点领域——太赫兹通信技术提前开展了相关研究并提交了四份太赫兹传感器模块有关 的专利申请   ,全面开启6G领域技术研发工作 。

(二)LG :以国内外技术创新合作为抓 手引领全球6G标准化

在6G 的研发方面,LG是开展布局较早 的企业之一,作为引领4G LTE网络商业化进程 的重要成员  ,2019年1月便宣布启动6G研发计划 ,在韩国先进科学技术研究院(KAIST Institute)内启用了一个6G研究中心,合作开展5G/6G研发 ,致力于引领6G全球的标准化工作。与此同时,LG不断强化企业合作创新模式 ,推进6G相关技术的研发 。2020年8月 ,LG与韩国标准科学研究院(KRISS) 、KAIST签署协议共同开发6G电信技术 ,并预计6G系统将在2029年实现商业化 ,该技术将基于人工智能技术,实现人、物  、空间等要素 的无缝连接,全面开启“万物环境互联网”时代 。2021年3月 , LG与美国Keysight Technologies、KAIST签署谅解备忘录 ,针对6G通信关键频谱(太赫兹相关领域)等开展合作研究  ,LG 、KAIST合作开展技术研发,美国Keysight Technologies  公司提供相关   的设计和测试工作 ,该项目预计2024年完成 ,并计划在2029年实现6G的商用化 。

(三)三星:以6G关键技术研发为重点部署6G商用化

作为全球屏幕面板、手机以及半导体领域龙头企业,三星把握6G关键窗口期 ,积极参与到6G全球竞赛当中  ,加快技术研发抢占竞争制高点 。2020年7月  ,三星发布《下一代超连接体验》白皮书 ,对6G技术发展 的新趋势和新需求、网络性能指标 、应用场景  、潜在候选技术及预期 的标准化推进时间进行了全面阐述  。白皮书指出 ,三星6G时代的愿景是将“下一代超连接体验”带入生活 的每一个角落 ,同时对满足愿景 的3项关键6G服务——沉浸式扩展现实(XR) 、全息图和数字孪生进行了全面总结。此外,三星还对6G  的标准化推进工作进行了梳理 ,预计在2025年启动6G标准化进程 ,2028年完成标准 的制定和早期的商用,规模化  的商用普及还需要推迟到2030年左右,届时6G的峰值速率将达到1000Gbps,是5G 的50倍 ,时延低至100us ,缩短到5G 的十分之一 。

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图4-1《下一代超连接体验》白皮书移动通信时间轴

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图4-2《下一代超连接体验》白皮书5G/6G技术指标对比

三星针对6G关键技术研发布局较早 ,2019年5月成立了高级通信研究中心,《下一代超连接体验》白皮书中也指出要对太赫兹频谱及通信 、新型天线技术、先进双工技术、新型网络拓扑 、动态频谱共享以及基于人工智能 的无线通信等技术开展研究。

(四)诺基亚:以欧盟竞争力提升为目标牵头6G区域战略项目

诺基亚作为全球通信领域龙头 ,依托先天优势积极开展6G领域技术研发并牵头一系列芬兰 、欧盟重点支持项目。2018年 ,诺基亚 公司 、奥卢大学与芬兰国家技术研究中心(VTT)合作开展了“6Genesis——支持6G  的无线智能社会与生态系统”项目 ,将在未来8年投入超过2.5亿欧元  的资金。2019年6月,诺基亚与韩国SK电信  、瑞典爱立信共同签署研发合作谅解备忘录 ,针对超可靠/低延迟无线网络和多输入多输出天线技术  、基于人工智能  的5G/6G网络技术 、6G商业模式等领域开展创新合作。2020年7月 ,诺基亚与联发科合作开展5G 、LTE-A 、IMS等最新无线通信技术研发、标准化及测试工作,持续扩展和优化全球合作伙伴生态。

2020年12月 ,诺基亚作为牵头单位开展《欧洲2020远景规划》科研项目——“Hexa-X”,这是欧盟在通信领域首个6G指引性项目 。该项目总投资额达到800亿欧元(折合人民币6310亿元) ,致力于构建欧盟6G技术发展路线图,全面助力欧盟在全球6G研发竞争力 的提升 。

(五)爱立信 :以认知网络及智能计算技术突破为手段助力欧洲6G全球领先

爱立信是欧洲最大 的研发投资者之一 ,在6G领域积极参与欧盟重点资助项目,聚焦感知互联网、智能机器的联网 、数字孪生 、基于连接 的可持续发展等四大类重要需求 ,突破认知网络以及网络计算等关键使能技术  。2021年1月,爱立信参与欧盟REINDEER项目,主要研究无蜂窝MIMO技术 ,并为系统开发由“分布式无线电 、计算和存储架构”组成 的新型无线接入基础设施,铺开规模智能表面和无蜂窝无线接入 的理念,为下一代网络提供远超5G网络 的能力  。

REINDEER是《欧洲2020远景规划》战略计划 的重要组成部分 ,项目自2021年1月1日起,将持续三年半时间 ,包括诺基亚、Telefonica、NXP半导体在内的众多欧洲企业和科研院校参与了该项目 ,致力于将欧盟打造成为6G的开发、标准化和最终部署的中心 。

(六)NTT  :以芯片环节为重点提升本国6G标准国际主导权

作为日本最大电信运营商,NTT 2018年左右便开始积极布局6G技术研发,尤其是在150GHz频段芯片及设备 的开发领域提前部署  ,助力本国提升6G国际标准主导权 。2019年10月,公司成功试生产出通过光运行的芯片  ,能耗只相当于传统芯片的百分之一 ,同时通过与索尼、英特尔合作加速芯片量产进程 。2019年11月 ,NTT宣布与微软等  公司合作开发6G技术 ,主要针对低能耗光学半导体等领域  ,同时计划组建光学与无线网络联盟(IOWN) ,以共同开发未来的 6G (主要包括光子学研发 、分布式计算等领域)技术 。2020年1月 , 公司研发出面向6G太赫兹无线通信 的超高速芯片同时发布《5G演进及6G白皮书》 ,对6G技术性能及愿景 、商用化进程及重点研究领域进行了总结  。2020年6月公司与本国NEC开展5G、6G等技术研发和资本合作 ,推动5G设备国产化 ,同时合作研发6G超高速无线通信 、海底光缆等新技术。

NTT将6G看作5G的进化版 ,在传输速率  、信息容量、网络覆盖等指标方面实现升级。《5G演进及6G白皮书》预期在2030年实现6G技术 的商用化 ,网络将采用全新的拓扑技术 ,与大规模 的MIMO、AI等技术融合  ,提供高达100Gbps以上的传输速度 ,低于1ms 的延迟 ,连接能力达到1000万个设备/平方 公里 。

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图4-3 NTT《5G演进及6G白皮书》技术演进图

(七)紫光展锐  :以终端领域为突破口强化6G技术研发及储备能力

紫光展锐是全球领先 的移动通信及物联网核心芯片供应商  ,积极关注并参与国际、国内6G研究及产业推进工作 。2019年11月 ,公司宣布启动6G研发,主要针对太赫兹通信 、轨道角动量 、甚大规模天线系统 、甚高通量编解码  、天地一体通信网等潜在6G关键技术进行预先研究 。同时与国内高校合作开展Tbps级别的信道编解码研究、太赫兹与轨道角动量结合 的传输方法  的研究及系统开发 。此后由紫光展锐撰写的《初探B5G/6G终端》(白皮书)正式发布,初步探索未来终端的泛在化  、智能化、轻量化、共享化 、融合化  、云雾化等趋势,挖掘了部分场景需求,为业界进一步明晰定义未来6G终端具体形态打下良好基础。

2020年11月, 公司发布《6G :无界有AI》白皮书 ,对6G愿景、核心技术需求及挑战等进行系统阐述 。重点针对太赫兹通信、可见光通信 、先进调制解码、星地协同传输等6G核心技术 的研究前景进行了分析 。同时结合自身业务发展实际,对6G终端芯片和器件在带宽、频率、功耗  、集成度 、多模化 、智能化等方面 的技术创新和预研方向进行了预判。

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图4-4 紫光展锐6G愿景

突破区域及行业壁垒,6G关键技术及潜在应用研究取得新进展

(一)6G潜在关键技术研究逐步体系化

当前产业界针对6G潜在关键技术 的研究逐步完善,呈现一定 的体系化和区域化态势 。现阶段6G关键候选技术主要分为基于新频谱 的通信技术研究及试验  、下一代基础共性技术 、新型特定通信技术、融合应用新技术等四大类 ,全球各国家和地区结合自身产业发展实际开展突破  :

基于新频谱的通信技术研究及试验主要包括太赫兹通信技术研究及芯片(设备)研发 、可见光通信技术研究 、动态频谱共享技术等,是美国  、中国 、日本 、韩国等国家企业和机构着力突破的领域 ,相关研究单位有苹果 、NTT 、LG、紫光展锐、日本 Osaka 大学 、中国物理工程研究院等等 。

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图5-1 NTT针对新频率和新覆盖需求对无线接入技术(RAT) 的扩展

下一代基础共性技术主要包括下一代信道编码及调制技术 、新一代天线与射频技术 、轨道角动量技术等  ,这是各国家和地区需突破  的底层技术。

新型特定通信技术包括空天地一体化通信  、无线触觉网络等  ,产业界对于卫星通信纳入 6G 网络作为其中一个重要子系统是普遍认可的 ,需要对网络架构、星间链路方案选择  、天基信息处理、卫星系统之间互联互通等关键技术进行深入研究。针对深海远洋通信网络纳入 6G 网络还处于初步论证 、争议较大的环节 。对于无线触觉网络 的研究也是处于场景探索的初步阶段。

融合应用新技术主要包括人工智能、区块链等与6G通信技术的融合 ,目前韩国LG及三星、芬兰诺基亚 、瑞典爱立信 、日本NTT等行业巨头企业均结合自身技术优势 ,开展该领域研究。

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图5-2 部分AI应用场景技术指标需求

(二)6G细分领域潜在应用场景不断丰富

目前业界对于6G潜在应用场景 的研究活跃,已经发布了不少展望和预测 ,一些细分领域新 的场景不断出现  ,综合来看,6G潜在应用场景主要分为全覆盖多样化智能连接、高保真扩展现实类应用  、智能化行业类应用等三类场景。

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图5-3 6G潜在应用场景

全覆盖多样化智能连接应用 。该类场景主要是借助地面移动蜂窝网络 、卫星互联网、无人机等空中平台的灵活部署以及各种超低功耗、超高精度智能连接技术实现全球范围内空  、天、地、海立体空间内近乎无死角 的全球泛在连接。通过全覆盖  的高速网络 ,不但满足常规环境下海量连接 、超高传输速率 的互联网和物联网各种深度覆盖需求  ,还能实现各种极端自然 、灾害环境下的应急通信 、特种通信的实时智能化连接 ,实现信息 的高效精准传输。潜在  的具体应用场景包括 :空天地海一体化通信、水下通信  、量子通信、分子通信、纳米物联网等  。

高保真扩展现实类应用  。6G时代信息交互形式将进一步由AR/VR逐步演进至高保真扩展现实(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,身临其境般地享受完全沉浸式 的全息交互体验 ,以“我”为中心享受完全沉浸式 的全息体验 。潜在 的具体应用场景包括 :全息通信、通感互联网  、虚拟教育、虚拟旅游 、虚拟运动、虚拟网游 、虚拟建筑、虚拟演唱会等 。

移动化智能化行业类应用。智能化是6G系统提供 的一项重要服务能力,也是支持各种多维度 、深层次智慧应用  的基础 。6G将与农业、工业 、交通、教育、医疗等各垂直行业深度融合并催生一些新业态 、新服务。潜在的具体应用场景包括  :智慧农业 、智能工厂  、智慧车联网、智能家居 、智能机器人、新型智慧城市 、数字孪生体、远程精准医疗 、智慧旅游 、无人探险等。

推进政产学研一体化 ,我国6G研发具备先发优势

 我国6G研发工作的总体部署超前 ,正系统开展6G技术研发方案 的制定工作,为6G技术预研打下基础 ,表明在全球范围内的6G研究工作中,我国承担着先行者 的角色,这对增强 我国在前沿技术研究领域  的全球话语权将有深远 的影响 。

(一)政府 :总体部署 ,统筹推进

2019年  ,由工信部牵头  ,联合科技部和发改委成立了中国IMT-2030推进组,下设中国6G无线技术组  ,负责组织成员单位围绕6G技术所开展 的一系列工作,目前已召开4次工作组会议 。中国IMT-2030推进组对协调国内参与6G研究主要单位力量 、聚焦6G无线技术关键创新点以及推动中国6G技术研究发挥了重要作用 。此外 ,由科技部牵头,联合发改委 、教育部、工信部 、中科院 、自然科学基金委成立了国家6G技术研发推进工作组和总体专家组 。6G技术研发推进工作组由相关政府部门组成  ,职责是推动6G技术研发工作实施;总体专家组由来自高校、科研院所和企业的专家组成 ,主要负责提出6G技术研究布局建议与技术论证,为重大决策提供咨询与建议。

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图6-1 我国启动6G技术研发工作

工信部在全国“两会”上表示正在积极推动国际合作 ,在愿景需求 、技术标准等方面寻求共识 。有关6G方面  的全国“两会”提案聚焦卫星互联网等核心技术攻关以及标准化工作 。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年(2021-2025年)规划和2035年远景目标纲要》在“加快建设新型基础设施”一节中提出要“前瞻布局6G网络技术储备” 。

(二)企业  :立足实践 ,广泛探索

中国移动成立了未来移动通信技术研究所  ,聚焦面向6G的应用基础研究。中国移动研究院定期召开“畅想未来”6G系列研讨会,汇聚产学研用各方力量   ,通过广泛交流和深入分享 ,为业界寻找6G研究方向提供了参考  ,并发布了运营商首个《2030+愿景与需求研究报告》  ,提出了未来网络五大技术特征构想 。中国移动和清华大学建立了战略合作关系 ,双方将面向6G通信网络和下一代互联网技术等重点领域进行科学研究合作 。之后,中国移动陆续发布了《2030+愿景与需求白皮书(第二版)》《2030+网络架构展望白皮书》《2030+技术趋势白皮书》等6G系列白皮书 。

中国联通也开展了B5G和6G通信技术 的研究,并依托中国联通网络技术研究院实施太赫兹通信推进计划 ,将牵头成立毫米波太赫兹联合创新中心 ,推动太赫兹通信产业化快速发展 。中国联通与中兴通讯已正式签署6G联合战略合作协议。双方充分发挥各自在6G领域 的创新优势  ,围绕6G技术创新及标准推动进行合作 。中国联通近期发布了《面向6G  的算力网络研究》《中国联通6G白皮书》等白皮书,分析了6G移动通信网络技术的发展趋势。中国电信也表示了已启动6G相关技术研究,其研究重点方向是以毫米波为主频,太赫兹为次频 的6G技术。

华为于2019年8月  公开其在加拿大渥太华成立的6G研发实验室 ,启动6G研究。之后 ,还在法国建设了6G研发中心 。华为认为6G将拥有更宽 的频谱和更高   的速率,以毫米波段为主,应该拓展到海陆空甚至水下空间,目前处于场景挖掘和技术寻找阶段  。华为预计在2030年 的时候,会出现一些6G方面 的使用情况  。2020年 ,华为携 手联通 、银河航天达成了空天地一体化战略合作伙伴协议  ,将共同发力6G领域 。

中兴通讯在第二届6G峰会上表示已成立专门团队 ,主攻6G网络结构与6G使能技术 ,并通过测试 、试验验证其技术可行性。中兴通讯6G研究团队认为智能无线电 、智能覆盖 、智能演进,将是6G网络结构的基本技术特征 ,三维连接 、智能MIMO、按需拓扑 、按需AI与新视野通信 ,是6G网络基本 的使能技术 。中兴预计6G可能会在2030年前后登场 ,2020至2023年将是6G网络需求 、结构与使能技术 的研究窗口 。

在6G使能技术之一 的太赫兹通信技术领域  ,中国华讯方舟  、四创电子 、亨通光电、大恒科技等 公司均已开始布局。目前 ,企业和科研机构依托毫米波太赫兹产业发展联盟聚焦6G太赫兹通信技术领域 。远方信息 公司是LED和照明光电检测设备龙头之一 ,其曾透露拥有6G相关的太赫兹光谱仪技术。

意华 公司曾 公告为通信龙头企业客户提供6G网络需求的300/400G连接器  。奥士康 公司为配合无线通信领域客户  的需求 ,也在积极开发5G 、6G无线通信基站用PCB产品。此外,中国信息通信科技集团有限公司 、OPPO   、VIVO等公司也从不同角度开始了针对6G通信技术的研发   。

(三)学研  :依托专项 ,加速突破

科技部发布 的《国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”重点专项项目申报指南建议》提出“专项总体目标”之一是“开展新型网络与高效传输全技术链研发 ,使我国成为B5G/6G无线移动通信技术和标准研发  的全球引领者 ,在未来无线移动通信方面取得一批突破性成果”。其中 ,2019年专项中至少有6个6G研究项目 ,2020年专项中至少有5个6G研究项 。2021年,科技部 公布了年度拟启动的两个6G研究项目 ,即《6G通信-感知-计算融合网络架构及关键技术》和《6G超低时延超高可靠大规模无线传输技术》 。立足国家重大专项指引 ,多个高校及科研院所加快进行6G关键核心技术研究  。

北京邮电大学网络智能研究中心的“6G全场景按需服务关键技术”项目力求建立全场景按需服务管控技术体系,实现从概念理论与关键技术 的研究 ,到标准体系建设与核心系统研发的原始创新 ,提出6G“中国方案” 。

面向“网络2030”发展愿景  ,网络通信与安全紫金山实验室将作为主力参与未来国家移动通信重大科技专项研究  ,计划举办未来网络与6G为主题国际顶级会议,抢抓发展机遇 。筹备和开展重点项目包括“B5G/6G移动通信系统与关键技术”  、“面向服务 的未来网络与系统” 、“网络通信内生安全2.0研究”和“综合试验平台”重大任务以及“大规模量子密钥无线分发及组网关键技术研究” 、“单光子极限通信与探测”和“智驱安全网络”等前沿交叉课题。

中科院牵头组织我国6G技术研发推进工作组 ,并启动多项6G研发项目。其中的商用卫星光电姿态敏感器通过敏感太阳矢量 的方位  ,来获取航天器相对于太阳的方位信息,是卫星定位必不可少 的一环 。主要应用于光学仪器设备 、商业卫星产品、航天器等领域 。

东南大学联合紫金山实验室和国内外多个高校、企业科研机构共同撰写了《6G研究白皮书》。东南大学电磁空间科学与技术研究院 、毫米波国家重点实验室 、移动通信国家重点实验室在6G信息超材料领域取得新进展 ,利用时空编码数字超表面对电磁信息进行调控 。

由成都国星宇航科技有限 公司 、电子科技大学与北京微纳星空科技有限 公司联合研制的电子科技大学号卫星是全球首颗6G通信试验卫星 ,用于开展太赫兹通信载荷 的相关试验。之江实验室太赫兹通信项目团队拟采用光电混合 的技术路线 ,并与轨道角动量OAM技术结合,以期实现高达1Tbit/s 的6G通信速率 。团队率先在300-500GHz频段实现了一系列超高速太赫兹无线通信 ,目前已达到600Gb/s 。

我国6G研发面临形势及相关建议

(一)面临形势

未来3-5年是6G研发关键窗口期 ,全球6G竞赛已全面拉开帷幕。当前业界虽然还没有制定出6G统一标准 ,但已经就6G商用化进程达成了初步共识  ,6G 通信的愿景 、场景 、基本指标 、关键技术和应用场景等研究均有了新的进展  ,相关研究成果中也初步明确6G将会在2030年左右实现规模化商用 ,未来3-5年将是其技术研发 的关键窗口期 。为抢占6G竞争制高点 ,全球6G竞赛已悄然拉开序幕 。美国已全力备战6G  ,并将确保6G技术全球领先作为指导目标,无线行业相关组织 、企业等也都表明了此态度  ,美国电信行业解决方案联盟(ATIS)提出“ICT行业龙头企业要在6G一系列核心原则和行动上保持一致 ,保证美国在未来十年处于技术开发和部署 的最前沿”;美国电信行业协会成立“6G联盟” ,统筹行业科技巨头推动美国在下一个通信发展周期(10年)内  ,实现6G乃至7G领域 的全球领先地位 。此外 ,欧盟 、日本等也积极开展6G相关研究 ,扶持重点项目和企业 ,提升6G国际标准主导权 。我国应积极应对6G国际新形势 ,贯彻落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》要求 ,牢牢把握关键窗口期  ,前瞻布局6G网络技术储备 ,科学有序推进关键技术研发 、未来网络试验设施和规模化商用工作。

西方对我国通信业实施“技术封锁”  , 我国6G核心技术攻关和标准研发制定等面临新 的机遇和挑战  。近年来美国一直视我国为5G产业最强竞争对手,强调5G“中国威胁”论,2019年5月,美国 、欧盟、日本等32个国家在布拉格5G安全大会上达成《布拉格提案》  ,排挤中国 的意图明显 。截止2021年1月,   我国被美国列入“实体清单”中 的 公司及机构近300家 ,通信行业成为关键领域之一  ,产业链供应链面临极大挑战,需要全面突破西方技术封锁。西方国家在持续与我国展开5G竞争  的同时  ,也致力于通过6G前瞻布局和技术储备重新掌握网络通信  的国际话语权  ,例如美国智库提出为应对中国科技竞争,要重点发展下一代卡脖子技术 。这表明6G时代将面临比5G时代更为激烈  的竞争乃至不 公平 的封锁 ,基于以上形势 , 我国6G研发将成为“十四五”期间通信业的重点 “攻坚”项目之一  ,政策支持力度将进一步加大 ,在技术研发、标准化推进 、产业化推广和国际合作创新等方面迎来新 的历史机遇 。

我国5G规模化商用快速推进,为开展6G布局奠定良好基础。当前我国5G基础设施建设和商用化进程位居世界前列 ,根据工信部数据,截止2020年底 ,我国已建5G基站超过70万个 ,实现所有地级以上城市5G网络全覆盖;5G终端连接数突破2亿;5G+工业互联网项目超过1100个,5G+远程会诊在19个省份 的60多家医院上线使用  ,5G+自动驾驶 、5G+智慧电网 、5G+远程教育等新模式新业态不断涌现 。与此同时  我国在5G核心技术创新方面也实现了全球领先,根据《中国互联网发展报告2020》统计 ,2020年开始全球5G网络将有约30%来自中国技术 ,同时专利申请数量优势明显,华为排名第一 ,中兴通讯第三;科技部也表示截止2020年10月  , 我国5G 核心专利数占世界第一。基于5G技术储备和产业推进 的先进经验 , 我国可在6G性能指标、网络架构  、关键技术及标准化  、应用场景示范等方面开展布局,同时充分考量5G 的新问题和新需求,全面提升5G 、6G技术研发的可延续性和迭代,为实现5G到6G 的深入科学演进打好基础 。

(二)相关建议

适时发布6G前瞻性战略规划。6G发展将涉及但不限于网络建设 、产业生态、技术创新 、融合应用和安全保障等多个层面 。建议一是参考我国5G现有成功经验 ,进一步加快国家层面详细  的6G顶层设计和政策保障  的尽早出台 ,在战略层面扩大我国竞争优势 。二是推动 我国6G通信设备和终端形成产业规模 ,在国际产业分工体系中占据有利地位  。三是加快6G标准生态研究和保护 ,积极推进国际合作和标准“走出去”  。

尽快明确6G研发试验用频。对于6G潜在技术所用频段 ,除WRC-23将要讨论  的6GHz频段等外 ,业界普遍聚焦于毫米波频段和太赫兹频段 ,部分甚至扩展至光通信频段。考虑  我国通信产业的节奏和特点 ,建议一是积极推进毫米波  、太赫兹等候选频段用于6G通信网络的相关研究和试验工作, 做好通信产业发展 的频谱资源储备 。二是持续巩固  我国移动通信低-中-高频频谱资源联合组网模式 ,结合6G场景开展相关频谱资源利用技术的研究。

强化储备6G潜在关键技术 。通过6G行业 、产业  、生态联盟等形式 ,凝聚产学研用各方优势 ,形成6G研发布局工作 的合力 。建议一是加大资金投入  ,结合6G复杂融合场景开展多个细分领域专题研究 ,鼓励产业链企业集中突破6G关键技术  。二是积极推进新材料 、仪器仪表等关联产业基础储备。三是鼓励企业进行6G应用场景 的前瞻研究和应用试验 ,保护知识产权 ,  做好专利储备。

同步开展6G网络安全研究。6G网络将面临移动设备 的激增和应用服务的丰富 ,潜在  的网络安全和隐私问题将比5G更加明显 。要为国际社会所接受,对6G网络和信息 的安全保护将是关键因素 。建议一是建立国际6G网络安全领域对话和合作机制  ,助推 我国与全球各区域国家在6G网络安全领域达成共识。二是加大国际规则制定 的参与力度,产学研界要在ITU 、3GPP等国际标准组织中围绕6G安全议题输送高质量  的研究成果,最大范围凝聚6G网络安全共识,为我国6G技术和标准推广铺平道路  。

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