6G發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

引言

隨著第五代移動通信系統(tǒng)(5G)進入商用階段，第六代移動通信系統(tǒng)(6G)的研發(fā)工作已提上日程。各國政府、大型科技企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)均高度重視6G研發(fā)，并希望在6G競爭中獲得更多的主動權(quán)[1]。在2018~2020年，歐盟先后啟動Horizon 2020研究與創(chuàng)新計劃，設(shè)立Hexa-X 6G研究項目。美國聯(lián)邦通訊委員會(Federal Communications Commission，F(xiàn)CC)成立了Next G聯(lián)盟，并開放95GHz~3THz頻段作為實驗頻譜用于6G技術(shù)研究。此外，日本政府也在近期成立了6G技術(shù)研究會，并發(fā)布了“Beyond 5G促進戰(zhàn)略—6G路線圖”。韓國通信與信息科學(xué)研究院召開了6G研究論壇并組建了6G研究小組，正式啟動6G技術(shù)研究。全球主要發(fā)達國家已達成基本共識，預(yù)計6G網(wǎng)絡(luò)將在2030年前后正式商用。目前，6G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作還未開始，關(guān)鍵使能技術(shù)研究尚處于技術(shù)遴選和總體評估階段，關(guān)鍵技術(shù)路線途徑仍有待研究收斂。本文主要針對6G愿景與需求確定以及潛在關(guān)鍵技術(shù)遴選研究進行介紹。

1? 6G發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

國際電信聯(lián)盟(ITU)已啟動開展6G愿景需求及關(guān)鍵技術(shù)趨勢研究工作。2022年6月，ITU完成《未來技術(shù)趨勢研究報告》撰寫工作。作為ITU組織起草的首份面向6G無線技術(shù)發(fā)展趨勢的研究報告，內(nèi)容涵蓋無線空口、先進網(wǎng)絡(luò)、新型融合技術(shù)等重要層面，具體包括：通信與人工智能(Artificial Intelligence，AI)融合、感知通信一體化等新型融合技術(shù)；先進調(diào)制編碼與多址接入、新型天線、全雙工通信等新型空口技術(shù)；太赫茲通信、智能超表面等新維度無線技術(shù)；以及數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)、空天地融合網(wǎng)絡(luò)、超密集接入網(wǎng)絡(luò)等新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等[2]。同時，ITU也在積極推進6G愿景需求研究，目前已經(jīng)針對6G發(fā)展愿景、重要用例、技術(shù)發(fā)展等形成階段性共識。例如，從發(fā)展愿景看，“可持續(xù)與可信任”成為全球6G發(fā)展的共同理念。為滿足社會、經(jīng)濟、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等需求，6G將重點關(guān)注新型綠色節(jié)能技術(shù)與能效提升技術(shù)，平衡網(wǎng)絡(luò)性能與能耗間制約關(guān)系，推動實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”。此外，6G還將構(gòu)建更具包容性的多模、跨域安全可信體系，保護數(shù)據(jù)安全與隱私安全。 從重要用例看，數(shù)字孿生與沉浸化應(yīng)用將成為6G核心業(yè)務(wù)之一。全球各方普遍認(rèn)為6G將通過數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建多維感知體驗，增強人、機器、環(huán)境之間的虛實交互，為娛樂、教育、醫(yī)療等帶來全新用戶體驗，為智能制造、工業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化賦能。從技術(shù)發(fā)展看，通信與感知、通信與人工智能融合等多功能一體化發(fā)展的6G技術(shù)演進趨勢已達成普遍共識，通信感知融合將有效提升頻譜利用率，提升無線感知性能，服務(wù)未來通感算一體等新型無線應(yīng)用；而近期發(fā)展迅速的人工智能技術(shù)也將驅(qū)動6G向自主決策、分布式協(xié)同、高效自治、彈性可靠等方向轉(zhuǎn)變，提升6G智能化服務(wù)能力。

當(dāng)前6G已經(jīng)成為全球主要國家重點關(guān)注的研究領(lǐng)域之一。歐、美、日、韓等發(fā)達國家紛紛通過制定國家戰(zhàn)略、設(shè)立科研項目、加大資金投入推進6G研發(fā)。美國牽頭成立Next G聯(lián)盟，在重點布局6G的可靠通信、泛在計算、存儲和感知系統(tǒng)之外，還更加強調(diào)了嵌入式計算能力以及AI技術(shù)對現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的變革性作用，強調(diào)網(wǎng)絡(luò)彈性對未來經(jīng)濟社會發(fā)展的重要性[3]。歐盟通過“地平線2020”“5GPPP”等多個重大科研項目布局6G研究，涵蓋了6G需求、典型用例、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、試驗平臺等[4]。日本發(fā)布的B5G促進戰(zhàn)略，重點布局技術(shù)方向包括太赫茲無線通信及全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、低功耗半導(dǎo)體技術(shù)、高空通信平臺與量子加密技術(shù)等[5]。韓國發(fā)布的《2021年度“5G+戰(zhàn)略”推進計劃》提出加強6G原材料、零部件及設(shè)備的研發(fā)，重點推進T比特每秒量級無線通信、太赫茲頻段核心技術(shù)、端到端高性能無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等6G創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)。我國與全球同步開展6G技術(shù)研究，重點布局研究方向涵蓋新型調(diào)制編碼、多址接入等空口演進技術(shù)；太赫茲通信、可見光通信等新型頻譜技術(shù)；通信感知融合、通信與AI融合等跨域融合技術(shù)；智能超表面、軌道角動量等新型傳輸技術(shù)；以及新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、內(nèi)生安全、算力網(wǎng)絡(luò)、分布式自治網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)。

2? 6G發(fā)展愿景

通過國內(nèi)外針對6G發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析可以窺探出當(dāng)前工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對6G發(fā)展的愿景?？傮w來說，雖然各機構(gòu)對6G愿景仍保留部分不同意見，但是總體上已達成普遍共識。相比于5G技術(shù)，6G需要有更強的連接能力和覆蓋范圍，以及6G在部署和研究時也需要考慮對各垂直業(yè)務(wù)和應(yīng)用的支持。整體而言，6G愿景可以概括為“三全一強”，即全連接、全覆蓋、全應(yīng)用和強安全[6]。除此之外，內(nèi)生智能也是6G區(qū)別于5G的另一個重要特征。具備了這些特征，6G可以實現(xiàn)“數(shù)據(jù)不出域、請求就近服務(wù)”的本地化智能服務(wù)，從而在降低業(yè)務(wù)端到端時延的同時，保證用戶隱私和無線數(shù)據(jù)安全。

為了實現(xiàn)上述發(fā)展愿景，6G需要定義一組關(guān)鍵性能指標(biāo)(Key Performance Indicator，KPI)。以基于擴展現(xiàn)實(Extended Reality，XR)的智能維護應(yīng)用為例，為了支持XR數(shù)據(jù)流的高效傳輸，未來網(wǎng)絡(luò)需要T比特每秒量級的峰值傳輸速率，需求遠(yuǎn)高于當(dāng)前5G可支持的峰值傳輸速率10G比特每秒[7]。另一方面，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景中通常需要同時接入大量節(jié)點設(shè)備并進行數(shù)據(jù)傳輸，該場景對頻譜效率的需求超過1K比特每秒每赫茲，而當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)可支持的頻譜效率指標(biāo)為30比特每秒每赫茲，仍有數(shù)量級差距[8]。此外，車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等極致場景中通常需要達到微秒量級端到端時延以及99.99999%以上可靠性的需求，而5G網(wǎng)絡(luò)目前支持的1毫秒時延和99.9999%可靠性也與這類新需求有著明顯差距[9-10]。綜上所述，6G需要支持的KPI期望值可以歸納為TKμ，即v>T比特每秒量級的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率、K比特每秒每赫茲量級的頻譜效率、微秒量級的通信時延。

3? 6G使能技術(shù)

為了實現(xiàn)上述提到的6G發(fā)展愿景，全球各國研究者已開始探索和研究諸多候選技術(shù)，包括通信與AI融合、感知通信一體化等新型融合技術(shù)；先進調(diào)制編碼與多址接入、全雙工通信等新型空口技術(shù)；內(nèi)生安全網(wǎng)絡(luò)、空天地融合網(wǎng)絡(luò)等新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)；以及軌道角動量、智能超表面等新維度無線技術(shù)等。本節(jié)將著重從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空口傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全和智能通信等方面介紹6G關(guān)鍵使能技術(shù)。

3.1 6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在面向數(shù)字化時代變革與新場景新需求的雙驅(qū)動下，6G旨在為全場景、全行業(yè)、全生態(tài)提供安全可信、多維立體的智能覆蓋。作為使能6G愿景與需求的基礎(chǔ)研究，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)具備通信功能、計算功能、人工智能與大數(shù)據(jù)存儲分析等多功能融合(ICDT)、通信—安全—業(yè)務(wù)一體化、空天地立體化覆蓋等三大特征。6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

在ICDT方面，6G應(yīng)無縫融合智能、感知、計算三大功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進。其中，智慧內(nèi)生技術(shù)將AI內(nèi)嵌于網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)高質(zhì)量數(shù)據(jù)感知、AI模型訓(xùn)練、存儲與分發(fā)、AI模型驗證，為無所不及的泛在智能構(gòu)建基礎(chǔ)。內(nèi)嵌式智能對網(wǎng)絡(luò)的感知能力、算力能力以及高效服務(wù)能力提出更高要求。通感一體化技術(shù)使得通信網(wǎng)絡(luò)具有原生的感知能力，通過感知信道狀態(tài)、目標(biāo)位置等，充分挖掘通信能力并賦能內(nèi)生智能。算力網(wǎng)絡(luò)旨在通過算力感知與度量、算力編排、算力交易等為網(wǎng)絡(luò)AI任務(wù)訓(xùn)練與驗證提供充足及時的算力。確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則通過網(wǎng)絡(luò)接入與管理，保障AI任務(wù)的有限時延、高可靠性、低抖動性。

在通信—安全—業(yè)務(wù)一體化方面，6G旨在打造內(nèi)嵌式的原生安全，將網(wǎng)絡(luò)與安全深度融合，以實現(xiàn)高安全、高保密、高隱私的未來網(wǎng)絡(luò)，同時借助AI賦能安全，應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等全場景，達到網(wǎng)絡(luò)智能可信、智能自動防御的目的。此外，安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計還需要支持多模并存信任與分布式彈性自治能力，保證通信—安全—業(yè)務(wù)的協(xié)同信任與網(wǎng)絡(luò)彈性自治安全。通過隱私計算與安全AI等技術(shù)的應(yīng)用，將極大提高6G的處理能力、高輕量級能力、智能可信能力與智能自我防御能力。

在空天地立體化覆蓋方面，6G將以空天地立體化覆蓋為基準(zhǔn)，通過天地一體網(wǎng)絡(luò)管控與立體按需服務(wù)覆蓋來深度融合空天地網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全域覆蓋。天地一體網(wǎng)絡(luò)管控通過實現(xiàn)邏輯功能分離部署、天地一體靈活部署、天基輔助管控等，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋調(diào)度顆粒度更細(xì)、連接能力更強、通信效率更高。立體按需服務(wù)覆蓋通過星座構(gòu)型構(gòu)造、高空站點機動部署、接入與承載容量一體化等技術(shù)，實現(xiàn)具備全球及重點區(qū)域信號可達的能力，提升面向全球及局部熱點區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，保障業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)需求。

表1總結(jié)了現(xiàn)階段全球主要國家和學(xué)術(shù)組織在6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的工作[11-14]?？偟亩?，針對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)，全球已對網(wǎng)絡(luò)智慧內(nèi)生及其相關(guān)技術(shù)達成共識，而中美在天地一體化技術(shù)潛力更突出，而科研機構(gòu)與企業(yè)運營商方面則重點關(guān)注智慧內(nèi)生、網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)生技術(shù)、通感算一體化等三個方面。

表1 6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)遴選情況

3.2 6G空口技術(shù)

美國Next G聯(lián)盟在《可持續(xù)6G之路》中突出了可見光和太赫茲頻段通信等空口技術(shù)在支撐6G高速通信方面的重要性；歐洲5G基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)會(Infrastructure Association，IA)在空口方面重點涉及了智能無線傳播環(huán)境和先進信道編碼技術(shù)等，預(yù)計智能反射表面和新一代極化碼等技術(shù)將被優(yōu)先考慮應(yīng)用到未來6G商用網(wǎng)絡(luò)中；日本的B5G推進聯(lián)盟、韓國5G Forum以及DOCOMO和諾基亞等公司則重點提到人工智能在空口傳輸中的應(yīng)用，表明機器學(xué)習(xí)等AI算法將會廣泛應(yīng)用于6G波束管理與信道反饋等方面；國內(nèi)的紫金山實驗室和華為等公司在他們聯(lián)合發(fā)布的白皮書中提出全頻譜、全應(yīng)用和空天地一體化將是6G空口的核心發(fā)展方向。

總體而言，6G將在空口方面呈現(xiàn)出以下三個特點。首先，覆蓋技術(shù)呈現(xiàn)多樣化。6G將逐步實現(xiàn)“空—天—地—?！钡娜蚋采w，未來一體化覆蓋網(wǎng)絡(luò)將由具備不同功能、位于不同高度的衛(wèi)星、高空、近地通信平臺以及陸地和海洋等多種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實現(xiàn)互聯(lián)互通，支撐包括智能反射表面、星地互聯(lián)和太赫茲在內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)。其次，通信過程呈現(xiàn)出智能化特征。21世紀(jì)是人類社會全面走向智能化的時代，特別是隨著大模型驅(qū)動的人工智能方法，如ChatGPT快速興起，6G將加速打造人—機—物智慧互聯(lián)、高效互通、通感算一體的架構(gòu)級智能網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用在包括波束管理、信道反饋、編碼調(diào)制、語義通信、邊緣智能等層面。最后，接入服務(wù)呈現(xiàn)均質(zhì)化特點。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的興起，海量機器通信場景越來越受到6G研究組織的重視，未來海量應(yīng)用將迫切需要一種能為大量接入的人、機、物提供統(tǒng)一可靠服務(wù)的支撐技術(shù)，包括無蜂窩(Cell-free)覆蓋、非正交多址接入(NOMA)、全雙工(Full-duplex)通信等。

目前，ITU已經(jīng)對6G場景進行凝練，在5G三大應(yīng)用場景，即eMBB、uRLLC、mMTC，基礎(chǔ)上增加AI應(yīng)用與通感知一體化兩個新場景。這五個場景對數(shù)據(jù)傳輸速率、通信時延、誤碼率和終端連接密度等6G KPI有不同需求，需要由不同空口技術(shù)支撐。考慮到技術(shù)的延續(xù)性、適用性以及保護運營商投資等因素，超大規(guī)模MIMO和智能反射表面技術(shù)更加適用于eMBB場景，且需增加對空間波束的支持以及增強干擾協(xié)調(diào)能力。如圖2所示，無蜂窩技術(shù)更加適用于其他四個場景。通過與AI技術(shù)融合，形成無蜂窩大規(guī)模MIMO(CF-mMIMO)，進一步提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋與服務(wù)能力，滿足未來智能化無線服務(wù)均質(zhì)化的需求。此外，軌道角動量技術(shù)雖然頻譜效率高，但由于其波束對準(zhǔn)較為困難，則更適用于固定無線傳輸業(yè)務(wù)；太赫茲通信技術(shù)具有頻譜寬，空間分辨率高等優(yōu)勢，但隨距離增加太赫茲信號衰減較大，此技術(shù)則更適用于近距離通感知一體化場景。對于NOMA技術(shù)，由于其已經(jīng)在5G標(biāo)準(zhǔn)化過程中被大量討論，預(yù)計也會進入6G標(biāo)準(zhǔn)化的研究項目(Study Item)部署，適用于mMTC等場景。而其他一些熱點技術(shù)，如全雙工、索引調(diào)制和OTFS等，對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)改動較大，應(yīng)用場景也可能受到一定限制。全息無線電和量子通信等全新技術(shù)由于器件和理論尚不完全成熟，在6G商用階段被廣泛應(yīng)用的可能性則相對較低。

圖2 全新6G無蜂窩大規(guī)模MIMO架構(gòu)

針對以上6G空口技術(shù)研究情況，表2總結(jié)了各國對6G空口技術(shù)的遴選情況[10,15]。具體來說，美國更側(cè)重于太赫茲和衛(wèi)星通信技術(shù)，歐洲側(cè)重智能反射表面增強的通信技術(shù)，韓國關(guān)注無蜂窩通信和衛(wèi)星通信，而日本則將重點放在光子計算和軌道角動量技術(shù)。從這些技術(shù)遴選可以看出無蜂窩MIMO和智能反射表面技術(shù)儲備較多，潛在具有高的研究優(yōu)先級；衛(wèi)星通信和空天地一體化具有超出技術(shù)本身的戰(zhàn)略意義，也值得重點推動；而超低時延、新波形和NOMA技術(shù)作為候選項，在6G熱點區(qū)域覆蓋等其它典型場景可能會發(fā)揮突出作用。

表2 6G空口關(guān)鍵技術(shù)遴選情況

3.3 6G網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

6G作為面向2030年后智能網(wǎng)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施的重要支撐技術(shù)，需變革依賴少數(shù)標(biāo)志性接入技術(shù)“裸奔”、網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)“解耦”、基于先驗知識的“補丁”式安全措施等傳統(tǒng)發(fā)展范式，開辟內(nèi)生安全的新發(fā)展范式[16]。

首先，中國在國際上率先提出內(nèi)生安全6G愿景，主要面向6G空口內(nèi)源性安全、異構(gòu)高效組網(wǎng)接入安全、海量用戶隱私數(shù)據(jù)安全等問題，研究內(nèi)生安全和通信安全一體化防御技術(shù)，實現(xiàn)通信與安全的共生發(fā)展。IMT-2030(6G)推進組認(rèn)為，6G安全架構(gòu)應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的迭代進行一體化設(shè)計，通信網(wǎng)安全需兼顧通信和安全，在代價和收益之間做出平衡[17]。未來移動通信FuTURE論壇認(rèn)為，6G安全需向內(nèi)思考，開展通信和安全一體化設(shè)計，構(gòu)建自免疫的安全體系。中興通訊聯(lián)合中國信通院和中國三大運營商等發(fā)布了《2030+網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全愿景白皮書》，提出內(nèi)生安全是一種網(wǎng)絡(luò)綜合能力，“功能網(wǎng)絡(luò)+管理+安全”將共同構(gòu)成具備內(nèi)生安全的6G網(wǎng)絡(luò)，安全既與網(wǎng)絡(luò)深度一體化，又能形成獨立完整的網(wǎng)絡(luò)安全平面。

其次，美歐日等主要發(fā)達國家也紛紛把網(wǎng)絡(luò)彈性、可信賴等廣義功能安全概念列為6G核心愿景和優(yōu)先啟動的項目清單。美國發(fā)布了面向Next G網(wǎng)絡(luò)的RINGS項目，要求參研單位考慮Next G使能技術(shù)，包括無線、頻譜、網(wǎng)絡(luò)等與網(wǎng)絡(luò)彈性技術(shù)的融合創(chuàng)新[3]。該項目將網(wǎng)絡(luò)彈性作為主要考慮因素，包括安全性、適應(yīng)性、自主性和可靠性等，同時兼顧追求優(yōu)越的性能，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在面對惡意攻擊、部件故障以及自然/人為中斷時具備自適應(yīng)和快速恢復(fù)的能力，保持6G的高性能。歐盟FP7的可信系統(tǒng)體系項目認(rèn)為，系統(tǒng)體系的可信度是一種整體屬性，需要功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)同，將6G功能安全與網(wǎng)絡(luò)安全單獨處理都是不夠的，僅把那些本身值得信賴的系統(tǒng)部件組裝成系統(tǒng)體系也是不夠的。愛立信公司認(rèn)為，為了應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)，6G安全范式須發(fā)生轉(zhuǎn)變，從確保安全通信轉(zhuǎn)型為提供值得信賴的平臺，將范圍從保護數(shù)據(jù)擴展到確保相關(guān)場景中端到端服務(wù)交付。

6G必須在內(nèi)生安全發(fā)展新范式的指導(dǎo)下，整體考慮底層網(wǎng)絡(luò)與上層應(yīng)用服務(wù)的安全保障，在不依賴但不排斥先驗知識和附加防御手段的條件下，探索能對基于軟硬件設(shè)計缺陷的網(wǎng)絡(luò)攻擊理論與方法產(chǎn)生顛覆性影響的內(nèi)生安全機制[18-19]。因此，要對傳統(tǒng)功能安全概念在網(wǎng)絡(luò)攻擊條件下進行拓展和延伸，建立內(nèi)生安全模型，設(shè)計6G內(nèi)生安全可信體系，如圖3所示。為構(gòu)建內(nèi)生安全、彈性、可信賴的、可擴展的6G提供理論和技術(shù)支撐[20-21]。

圖3 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全可信體系圖

表3總結(jié)了當(dāng)前各國對6G網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)鍵技術(shù)的遴選情況[22-26]。從技術(shù)角度來看，內(nèi)生安全、網(wǎng)絡(luò)彈性、數(shù)據(jù)安全與隱私保護將成為重點發(fā)展方向，以保護6G功能安全和信息安全。考慮到數(shù)據(jù)安全與隱私保護屬于網(wǎng)絡(luò)安全共性技術(shù)，建議可以優(yōu)先部署內(nèi)生安全、物理層安全等研究方向。 表3 6G內(nèi)生安全關(guān)鍵技術(shù)遴選情況

在當(dāng)前世界各國關(guān)于6G網(wǎng)絡(luò)安全的初期探討中，國內(nèi)提出的內(nèi)生安全以及美歐日等提出的網(wǎng)絡(luò)彈性均受到了廣泛重視，兩者的目標(biāo)內(nèi)涵基本一致；其次，工業(yè)和學(xué)術(shù)界都比較關(guān)注人工智能安全、零信任安全、區(qū)塊鏈、軟件定義安全等賦能技術(shù)，以利用它們來提升6G網(wǎng)絡(luò)安全水平；最后，隨著數(shù)據(jù)成為越來越重要的資產(chǎn)，對傳統(tǒng)信息安全研究領(lǐng)域的隱私保護和加密技術(shù)也提出了更高要求。

3.4 6G智慧內(nèi)生技術(shù)

6G的目標(biāo)是提高吞吐量、降低時延、增強可靠性、擴大連接規(guī)模、優(yōu)化頻譜效率等。深度學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，使得AI能夠在多個方面發(fā)揮重要作用，例如在復(fù)雜未知環(huán)境中進行建模和學(xué)習(xí)、預(yù)測信道狀態(tài)、生成和處理智能信號、跟蹤和調(diào)度網(wǎng)絡(luò)狀況及優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署等。如圖4所示，通過將智慧內(nèi)生嵌入到6G各系統(tǒng)組件中，使通信設(shè)備無縫地利用網(wǎng)絡(luò)中心和本地計算資源實現(xiàn)智能化服務(wù)，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用效率，實現(xiàn)6G“萬物智聯(lián)”的美好愿景。在物理層技術(shù)方面，未來的6G無線網(wǎng)絡(luò)在吞吐量、時延、可靠性、連接數(shù)、頻譜效率等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)上將實現(xiàn)更大的突破；新的應(yīng)用、要求和指標(biāo)都對空口設(shè)計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，AI使能的物理層技術(shù)引起了學(xué)界和業(yè)界廣泛的關(guān)注。目前，AI技術(shù)在復(fù)雜未知環(huán)境的建模與估計、智能信號調(diào)制與編碼、網(wǎng)絡(luò)智能調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化部署等方面具有重要的應(yīng)用潛力，對6G技術(shù)的研究和演進具有重要價值。

圖4 6G智慧內(nèi)生技術(shù)關(guān)聯(lián)圖

在網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)方面，6G視頻流媒體和面向AI檢測任務(wù)的視頻流傳輸對數(shù)據(jù)包丟包率、延遲和延遲抖動提出了更高要求。基于規(guī)則的傳統(tǒng)算法通常遵循類似AIMD的方法來適應(yīng)比特率，將數(shù)據(jù)包丟包率、延遲和延遲抖動等度量作為網(wǎng)絡(luò)條件的關(guān)鍵指標(biāo)。然而，由于它們使用基于簡化或不準(zhǔn)確的部署環(huán)境模型的固定控制規(guī)則，這種預(yù)先編程的通用規(guī)則很難適應(yīng)多樣化和異構(gòu)的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)。隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動的基于學(xué)習(xí)的擁塞控制方法逐步得到大家關(guān)注?；趯W(xué)習(xí)的方法通常使用覆蓋各種網(wǎng)絡(luò)條件的大規(guī)模數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，相比傳統(tǒng)算法可以實現(xiàn)更高的吞吐量和更低的傳輸時延。

在智慧環(huán)境感知方面，未來的6G應(yīng)具備對環(huán)境的感知和自適應(yīng)能力，實現(xiàn)通信與感知功能協(xié)同。例如，通過環(huán)境參數(shù)訓(xùn)練出高精度的無線環(huán)境地圖，從而幫助通信系統(tǒng)更加高效地完成智能調(diào)度、智能功率控制、智能波束管理等任務(wù)。傳統(tǒng)的信道估計方法面臨著復(fù)雜度高的問題，而基于AI的信道估計方法根據(jù)已有信道模型數(shù)據(jù)，離線訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所得到的網(wǎng)絡(luò)具有相對較低的復(fù)雜度和較好的信道估計準(zhǔn)確率。同時，通過利用AI的特征提取能力來獲得基站到用戶信道測量信息的抽象特征，可實現(xiàn)傳統(tǒng)算法無法達到的高精度定位，從而有效提升網(wǎng)絡(luò)能效和譜效。

表4總結(jié)了各國對6G智慧通信關(guān)鍵技術(shù)的遴選情況[1,2,16,27-31]。從表中可以看到，國內(nèi)外主要組織對6G智慧通信關(guān)鍵技術(shù)的研究趨勢和側(cè)重點比較一致。智慧內(nèi)生網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是6G萬物智聯(lián)的基礎(chǔ)，信道建模估計與智慧調(diào)制編碼是高效傳輸?shù)暮诵?，環(huán)境自適應(yīng)與感知是提升網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵，數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)助力通信網(wǎng)絡(luò)自治，因此應(yīng)優(yōu)先發(fā)展該五項技術(shù)，助力6G智慧內(nèi)生加速發(fā)展。另外，中國5G建設(shè)的堅實基礎(chǔ)和海量用戶數(shù)據(jù)(終端用戶占全球80%以上，基站占全球70%以上)，可為6G智慧內(nèi)生技術(shù)的快速發(fā)展與垂直行業(yè)應(yīng)用的廣泛部署賦能。 表4 6G智慧內(nèi)生關(guān)鍵技術(shù)遴選情況

4? 結(jié)語

針對5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題，6G勢必將逐步演進以更好地支持垂直行業(yè)應(yīng)用和體現(xiàn)6G新特征。文章探討了國內(nèi)外各機構(gòu)對6G的研究工作，總結(jié)出“三全一強”的6G愿景。此外，文章從6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空口傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全、智慧內(nèi)生方面介紹了6G潛在技術(shù)并對不同使能技術(shù)進行了遴選，以實現(xiàn)6G愿景及推動我國未來6G高速發(fā)展和落地。

審核編輯：劉清