第六代移動通信技術探析

李 蕾

（山西傳媒學院，山西 晉中 030619）

0 引 言

6G（第六代移動通信技術）是5G蜂窩技術的后繼者，將是一個由多個不同網絡構成的組合系統，包括局域網、移動蜂窩網絡、衛星以及其他尚未定義的網絡。6G將探索新的溝通機制，而無需受現有網絡范例或技術的限制。它嵌入了完全兼容的新概念、新體系結構、新協議以及新解決方案以支持現有和未來的方案。國際電信聯盟于2019年5月探討過IMT-2030標準，指出6G旨在提供革命性的新用戶體驗，并提供一系列全新的感官信息和體驗[1]。

1G到4G的發展符合10年周期規則，即每一代從開始出現到真正成熟應用需要歷經10年。1G到4G主要改變的是人們的“生活”，5G主要改變“社會”，而萬物互聯的6G將大大提高改變“社會”的程度[2]。

6G是在5G的基礎上進行擴展和升級的。從網絡訪問的角度來看，6G將包括各種接入網，如移動蜂窩、衛星通信、飛機通信、水下聲通信以及可見光通信等。從網絡覆蓋的角度來看，6G將建立跨越太空、空中、海洋及陸地的集成網絡，以真正實現全球集成信息的無縫覆蓋[3]。從網絡性能的角度來看，6G將提升傳輸速率、端到端時延、可靠性、連接密度、頻譜效率及網絡效率以滿足各個行業的不同網絡需求。從網絡智能的角度來看，6G網絡及其用戶將成為一個統一的對象。人工智能將更深入地研究用戶需求，每個用戶將能夠通過人工智能助手來改善用戶體驗。

1 6G網絡性能

從ICT的幾個不同角度來看，與5G相比，6G的延遲更低，峰值速率更高，用戶體驗率速度更快，其流量密集程度將是5G的10～1 000倍，移動性增強將是5G的2倍，最大連接數將是5G的100倍，不論室外還是室內定位能力都要遠遠優于5G。頻譜支持范圍更寬，是5G的50～100倍，可靠性更高，網絡能源效率將是5G的兩倍[4]。具體性能對比情況如表1所示。

2 6G的應用場景

6G將會被應用于超能交通、精準醫療、智能交互以及通感互聯網等場景[5]。

2.1 超能交通

6G時代，人們將能體驗到網絡帶來的智慧服務，如超能交通將會大大改善交通出行和交通環境，給人們帶來更好的交通體驗。連接自動駕駛汽車需要更高要求的可靠性和低延遲水平，當下的技術滿足上面條件還存在很多困難[6]。在6G系統的推動下自動駕駛汽車應用將更加普遍。無人機在農業、城市治理、航拍、軍事以及物流等場景下也會有廣泛的應用。充分利用“海洋-陸地-太空”多模態交通工具，根據需求為人們提供定制的立體交通服務。

2.2 精準醫療

在5G時代，依靠數字技術對人體健康進行監測，主要針對宏觀的身體指標和顯性疾病預防等方面，不能實現個性化健康數據的實時監測。6G網絡技術使得精準醫療可以擴大應用區域，如通過在人體內安裝智能傳感器，對神經系統和重要器官等進行精準實時地映射，從而可以實時監測人體個性化健康數據[7]。另外，結合醫療器械所做的影像結果，利用成熟的AI技術，可以應用于癌癥等重大疾病風險預測和早期篩查等方面，實現醫療健康服務由原來的“以治療為主”轉變為“以預防為主”。

2.3 智能交互

人與物的智能體之間產生的智慧交互行為稱為智能交互?，F有的智能交互還沒有主動的，如當人們有需求時，才會與智慧家電產生語音或視覺交互。

隨著AI技術越來越成熟，6G時代的智能體將具有更加智慧的情境感知能力和自主認知能力，能夠判斷情感并反饋智能狀態，從而實現主動的智能交互行為[8]?？梢詮V泛用于特定人群，如陪護老齡群體和陪伴兒童心智成長等，有利于共享學習能力。

2.4 通感互聯網

隨著ICT的發展，信息通信交互的載體已經從語音和圖片發展到現在的視頻和e-book等，但還不能實現人們的多維“感覺”互通，所以需要將“感覺”延展以便更好地解放自我，這個目標的實現必須靠移動通信技術的發展。

將多維度感官聯動起來從而達到感覺互通的傳輸網絡就是通感互聯網。借助于互聯基礎設施，人們可以調動聽覺和視覺等所有感覺甚至情感并最終實現這些感覺的傳輸與交互。不受地域限制，人們可以獲得逼真的沉浸式體驗，如可以感受美食、參與護膚體驗以及虛擬旅游等。

3 6G的潛在挑戰

6G網絡的發展面臨許多挑戰，可以分為技術挑戰和非技術挑戰兩類。技術挑戰包括太赫茲波、峰值速率、更高的能效以及無所不在全覆蓋網絡等，非技術挑戰主要包括提供服務的能力。

3.1 技術挑戰

3.1.1 太赫茲波

THz頻段固然優點很多，但也存在局限性。其一是通信信號定向傳播。低頻THz會引起更大的自由空間衰減，太赫茲通信是高度定向的波束信號傳播。其二THz具有超強衰落特點。遇到陰影THz信號就會變得很敏感，還會影響到通信的覆蓋區域。其三間歇性連接和快速的頻道波動。太赫茲頻帶中的相干時間非常短，多普勒頻散很大。由于存在很強的陰影衰減，這將會使得THz的傳輸通道衰減波動性更加明顯。另外，THz系統中，信號具有高度定向傳輸的特點，覆蓋面積小，只能構成單元小蜂窩，這也就弱化了傳輸路徑。系統的連接不能連續化，而是間歇性的，所以急需產生一種具備自適應的通信機制[9]。

3.1.2 峰值速率

從1G到5G發展以來，速率一直是人們所關心的重點問題之一。6G將進一步提高峰值速率，進入太比特時代（Tb/s）。AR/VR和全息通信所需的數據速率將遠遠超過其他無線應用，屬于6G支持的應用。海量數據傳輸是智能（大數據）通用應用程序的特點，大數據驅動下的智能應用有可能成為促進6G發展的核心因素。

3.1.3 能源效率更高

5G的能耗問題較大，而且還會產生可觀的運營成本。6G和5G相比具有速率更快、網絡接入量更大、規模更加龐大以及突破空間界限等特點，根據6G技術的前瞻方向，若要建構所謂的空天地一體的全領域網絡，能耗可看做是6G網絡能否成形的關鍵，這將對能耗構成巨大挑戰。隨著頻譜效率和頻譜帶寬的增加，吞吐量可以大大提高，但是能效問題將更加嚴重，主要體現在以下兩方面。一是大量的傳感器會帶來很高的總能源消耗，二是在智能行業中要處理海量數據需要消耗大量功耗，這是不可避免的。因此需要盡量減小損耗，提倡節能通信。

3.1.4 無所不在全覆蓋網絡

科技不斷發展，在將來遙遠的外太空還有深海都會是人們的活動區域，沙漠和海底這些沒有通信信號的地方也會布置規劃網絡，實現網絡暢通。有必要建立一個無處不在的物聯網，一個通用的（帶有各種傳感器）識別系統，借助于深度學習+大數據，可以實現不受時間和空間限制的連接需求。任何人都可以隨時隨地與任何相關對象進行交互以獲得有價值的信息必將成為6G時代所追求的目標[10]。

3.2 非技術挑戰

6G時代，用戶體驗將是評價網絡性能的關鍵因素，面臨著綜合服務的考驗。在融合服務方面，相比于5G，原生融合計算、通信、存儲以及數據服務。在按需服務方面，需要實現個人定制服務模式。有些人更看重通信低資費，會忽視數據的可靠性，有些人將數據可靠性放在第一位，會忽視傳輸速率，而有些人為了換取數據安全性，寧愿選擇不帶智能功能的手機?？傊?，用戶們將有權利選擇6G中自己喜歡的內容。在隱私安全方面，由5G時的被動安全改為主動安全，將技術與法律手段有效聯合起來，共同實現安全防護。

4 6G研究方向

4.1 數據選擇和特征提取的學習技術

未來連接的設備（如自動駕駛汽車的傳感器）生成的大量數據將對通信技術造成壓力，導致通信網絡無法保證所需的服務質量。因此，區分信息的價值至關重要。機器學習（Machine Learning，ML）策略可以評估觀測值的相關程度，或者從輸入向量中提取特征并預測后驗給定整個歷史記錄的概率。此外，6G中無監督和強化學習方法不需要標簽，可以用于以真正自治的方式來操作網絡。

4.2 用戶與運營商之間的知識共享

頻譜和基礎架構共享在蜂窩網絡中有利于復用能力最大化。借助學習驅動型網絡，運營商和用戶還可以共享特定網絡部署或用例的學習。

4.3 以用戶為中心的網絡體系結構

機器學習驅動的網絡仍處于起步階段，但它將成為復雜的6G系統的基本組成部分。該體系構想分布式人工智能以實現完全以用戶為中心的網絡體系結構。分布式方法可以實時處理ML算法，使網絡的響應速度更快。

5 結 論

衡量未來6G通信的發展不能單一看傳輸速率，關鍵是萬物互聯，其必然會面臨建立可信網絡的挑戰。6G新技術的應用會大大增強通信的安全性和保密性，將滿足ICT發展的個性化和實時需求。