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重磅:6G全球進展與發展展望白皮書(最新)
通信產業網|2021-05-07 08:44:16
作者:賽迪智庫來源:通信產業網

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撰寫 | 賽迪智庫無線電管理研究所

發布 | 《通信產業報》全媒體

目錄

一、前言

二、強化頂層設計,國際組織持續加快面向2030及未來(6G)的研究和標準化工作

三、搶跑6G賽道,美歐韓日等國家和地區深入推進6G研發戰略計劃

四、聚焦核心業務,行業龍頭企業全面開展6G前瞻性布局

五、突破區域及行業壁壘,6G關鍵技術及潛在應用研究取得新進展

六、推進政產學研一體化,我國6G研發具備先發優勢七、我國6G研發面臨形勢及相關建議

前言

自上世紀80年代以來,移動通信基本上以十年為周期出現一次迭代升級,隨著全球5G網絡規?;逃貌饺肟燔嚨?,針對6G研發的戰略性布局已全面拉開帷幕。目前,全球多個國家和地區、國際組織以及學術界、產業界均開展了6G研究。業界雖然還尚未對6G的愿景、關鍵技術、標準等形成統一的共識,但對于6G商用演進時間節點看法較為一致,目前一般預期將在 2030年左右開始商用。我們判斷,未來3-5年將是6G研發的關鍵窗口期。

總體而言,全球范圍內6G 的研究仍處于起步階段,整體技術路線尚不明確,目前主要在6G愿景目標、應用場景、基本指標、潛在關鍵技術等方面的研究取得了一定進展。從目前的研究看,6G總體愿景是基于5G愿景的進一步擴展和升級。針對5G在信息交互方面存在的空間范圍受限和性能指標難以滿足某些垂直行業應用的不足,6G將具有更加泛在的連接、更大的傳輸帶寬、更低的端到端時延、更高的可靠性和確定性以及更智能化的網絡特性。

本白皮書從全球各國6G戰略布局、行業龍頭企業研究、潛在關鍵技術、應用場景的最新進展以及面臨的形勢及挑戰等方面展開論述,并提出加快推進我國6G研發的相關建議。

強化頂層設計,國際組織持續加快面向2030及未來(6G)的研究和標準化工作

(一)ITU:6G早期研究計劃正式啟動

國際電信聯盟是聯合國負責信息通信技術(ICT)事務的專門機構,也是開展國際協調確立5G、6G等電信技術全球通用標準的重要組織。2020年2月,在瑞士日內瓦召開的第34次國際電信聯盟工作組會議上,面向2030年及未來(6G)的研究工作正式啟動。此次會議明確了2023年底前國際電聯6G早期研究的時間表,包含形成未來技術趨勢研究報告、未來技術愿景建議書等重要報告的計劃。

部分潛在候選頻譜已列入下一步議程。6G頻譜需求預計將在2023年底的世界無線電通信大會(WRC)上正式討論,2027年底的WRC有可能完成6G頻譜分配。目前潛在候選頻段包括太赫茲頻段、毫米波頻段以及6GHz頻段。太赫茲通信技術可能是未來6G通信技術發展的一個重要方向。2019年召開的世界無線電通信大會(WRC-19)正式批準了275 GHz-296 GHz、306GHz-313 GHz、318 GHz-333 GHz和356 GHz-450 GHz共137GHz帶寬資源可無限制條件地用于固定和陸地移動業務應用,這些頻段未來可能用于6G通信業務。同時,WRC-19同意將24.25 GHz-27.5 GHz、37 GHz -43.5 GHz、66 GHz-71 GHz 共14.75GHz帶寬的頻譜標識用于5G和未來國際移動通信系統,表明其中部分毫米波頻段或可用于6G。WCR-19大會還決定將6GHz(6425-7125MHz)頻段作為新增IMT(5G或6G)頻段列入2023年世界無線電通信大會(WRC-23)1.2議題,對6425-7025MHz成為區域性(阿拉伯國家、非洲、歐洲、獨聯體國家)IMT新頻段和7025-7125MHz成為全球性IMT新頻段進行立項研究。6GHz頻譜新增IMT使用劃分的成功立項,意味著6GHz頻段將成為IMT(5G或6G)全球潛在新增頻段,世界各國在建設5G系統及未來6G系統時將在很大程度上優先考慮該頻段。

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圖2-1 ITU 6G早期研究計劃

(二)3GPP:6G標準化時間節點逐漸清晰

2020年7月3GPP R16標準凍結后,受全球疫情影響,原計劃2021年底完成凍結的R17,已計劃推遲到2022年6月。根據3GPP 2019年公布的時間表來看,將于2023年開啟對于6G的研究,并將在2025年下半年開始對6G技術進行標準化(完成6G標準的時間點在2028年上半年),預計2028年下半年將會有6G設備產品面市。3GPP目前仍正在著手制定5G R17標準,行業內預計從2026年開始將啟動首個6G標準R21的制定,到2030年將凍結R23版本。

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圖2-2 3GPP公布的最新時間表

搶跑6G賽道,美歐韓日等國家和地區深入推進6G研發戰略計劃

(一)美國:建立聯盟,加快關鍵核心技術研究

主導建立6G聯盟。2020年10月,美國電信行業解決方案聯盟(ATIS)牽頭組建了Next G聯盟(一個專門管理北美6G發展的貿易組織)。聯盟確定的戰略任務主要包括建立6G戰略路線圖、推動6G相關政策及預算、6G技術和服務的全球推廣等,希望在6G時代確立美國的領導地位。目前,全球已有高通、蘋果、三星、諾基亞等30多家信息通信巨頭加入。

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圖3-1 Next G聯盟創始成員

率先開放6G實驗頻譜。美國聯邦通信委員會(FCC)于2019年3月全球首先宣布開放95GHz-3THz太赫茲頻段作為6G實驗頻譜,發放為期10年、可銷售網絡服務的實驗頻譜許可。FCC太赫茲頻譜研究主要內容包括95-275 GHz頻段政府與非政府共享使用問題、275 GHz-3 THz電磁干擾問題、非許可頻譜問題(包括116-123 GHz、174.8-182 GHz、185-190 GHz、244-246 GHz,合計21.2 GHz帶寬)。

潛在關鍵技術儲備雄厚。太赫茲技術研究方面美國開展較早,已經具有雄厚的技術積累。美國國家基金會、國家航空航天局、能源部和國家衛生學會等機構從20世紀90年代中期開始就對太赫茲科技研究進行大規模的投入。目前,美國國內有數十所大學、國家實驗室都在從事太赫茲技術的研究工作。研究成果包括航天飛機表面隔熱材料太赫茲成像檢測系統、太赫茲雷達、安檢系統、環境監測設備等。2020年9月,由30多所美國大學合作組建并獲得美國國防部資助的“太赫茲與感知融合技術研究中心”正式成立,這是美國開展6G技術研發的關鍵項目之一。此外,美國太空探索公司(SpaceX)“星鏈”衛星互聯網的成功探索使美國在6G空天地海一體化網絡技術上遙遙領先。目前,“星鏈”衛星互聯網的在軌衛星數量已經超過1300顆,SpaceX計劃2021年利用部署的1584顆衛星提供近乎覆蓋全球的網絡服務??仗斓睾R惑w化網絡技術的領先優勢使美國可能從“6G+衛星互聯網”的戰略角度超前部署全球下一代移動通信網絡。

此外,美國著力開展的未來6G核心技術研究方向還包括支持人工智能(AI)的高級網絡和服務、多接入網絡服務技術、智能醫療保健網絡服務、多感測應用、觸覺互聯網和超高分辨率3D影像等。

(二)歐洲:統一戰線,合力推進6G研發

多國整體戰略合作推進6G研發。歐洲6G研究初期以各大學和研究機構為主體,積極組織全球各區域研究機構共同參與6G技術研究探討。2020年,歐盟委員會發布的《全面工業戰略的基礎》報告中提出對包括6G在內的新技術進行大量投資。2021年,歐盟的旗艦6G研究項目“Hexa-X”正式啟動,項目團隊匯集了25家企業和科研機構,包括法國運營商Orange、Atos、B-COM技術研究所、原子能和替代能源委員會(CEA),德國的西門子,意大利電信、比薩大學,西班牙電信,芬蘭的諾基亞、奧盧大學,瑞典的愛立信,以及美國的英特爾等。Hexa-X是將歐盟關鍵的行業利益相關者聚集到一起、共同推進6G的重要一步。項目目標包括創建獨特的6G用例和場景、研發6G基礎技術并為整合關鍵6G技術使能因素的智能網絡結構定義新的架構,愿景是通過6G技術搭建的網絡連接人、物理和數字世界。此外,歐洲國家還積極與亞洲國家開展6G研究合作。例如,英國任命越南教授為英國皇家工程學院6G電信網絡的研究主席。英國GBK國際集團組建了6G通訊技術科研小組,并與馬來西亞科技網聯合共建6G新媒體實驗室。芬蘭、瑞典也分別與韓國達成6G合作協議。

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圖3-2 Hexa-X合作伙伴

高校與企業聯合開展關鍵技術研究和試驗。2019年3月,芬蘭奧盧大學6G旗艦組織邀請70位來自各國的通信專家,召開了全球首屆6G峰會,共同探討下一代通信技術驅動因素、研究挑戰和未來愿景,并發布了全球首份6G白皮書;2020年3月召開的第2屆6G峰會上,有12個與6G有關的議題,并圍繞相關議題發布了多份白皮書。諾基亞公司、奧盧大學、芬蘭國家技術研究中心等機構啟動了多個6G研究項目。

(三)韓國:重點聚焦,強化產業生態構建

6G頂層設計與戰略合作走在全球前列。2020年8月,韓國發布《引領6G時代的未來移動通信研發戰略》,提出重點布局6G國際標準并加強產業生態系統,目標是確保在5G之后繼續成為全球首個6G商用國家,并明確了五個試點領域:數字醫療、沉浸式內容、自動駕駛汽車、智慧城市和智慧工廠。韓國政府將在超高性能、超大帶寬、超高精度、超空間、超智能和超信任六個關鍵領域推動10項戰略任務。戰略合作方面,2019年6月韓國總統文在寅訪問芬蘭期間達成協議,兩國將合作開展6G技術研發。

重視國內外合作推動技術研發。韓國通信與信息科學研究院早在2019年4月就正式組建了6G研究小組。同年,三星電子、LG、SK電信等韓國通信巨頭均組建了企業6G研究中心或實驗室,韓國SK電信還表示將與愛立信和諾基亞共同研發超可靠、低延遲無線網絡和多輸入多輸出天線技術等6G技術。2021年3月,韓國LG電子公司與韓國先進科學技術研究院(KAIST)以及是德科技公司簽署了一項有關“共同開發下一代6G無線通信網絡技術”的合作協議,重點是太赫茲無線通信技術。韓國信息和通信技術促進研究所(IITP)的 6G 研發計劃還包括衛星通信、量子密碼和通信等6G轉換技術。韓國電信(KT)與首爾國立大學新媒體傳播研究所(SNU)將開展合作,就6G通信和自主導航業務展開研究。此外,韓國科學與信息通信技術部把用于6G的100GHz以上超高頻段無線器件研發列為14個戰略課題中的“首要”課題,引導企業加大研發實驗力度。

(四)日本:出臺戰略,啟動多項6G試驗

全球率先出臺6G國家戰略。2020年4月和6月,日本相繼發布全球首個以6G作為國家發展目標和倡議的6G技術綜合戰略計劃綱要和路線圖,提出要在2025年實現6G關鍵技術突破、2030年正式啟用6G網絡、日本掌握的6G技術專利份額要超過10%等目標。戰略明確了“公私部門實現戰略合作的重要性”,由國立情報通信研究機構牽頭組建產學研一體化的聯合研發組織,提出政府將通過財政支持、稅制優惠、放寬監管和資金支持等方式推動6G研發工作,促進關鍵技術盡早確立,爭取未來在制定國際標準之時“相關的技術參數能夠符合日本的國家利益”。日本將組建更多的產官學合作機構,與海外企業聯手構建國際合作機制。

開展多項技術研發試驗。日本將太赫茲技術列為“國家支柱技術十大重點戰略目標”之首,目前日本電報電話公司(NTT)、日本國家信息通信技術研究所、廣島大學等企業和科研機構已開展多項太赫茲通信技術研發試驗。例如,NTT的實驗室已成功開發出使用300GHz太赫茲頻段的6G超高速芯片。2019年10月,日本NTT、索尼和美國英特爾公司簽署了聯合研發6G技術的協議,三方將在6G通信標準領域加強合作,還提出了用光驅動的新半導體技術和充一次電可使用一年的智能手機兩大技術突破目標。2021年3月,日本通訊企業巨頭軟銀和日本大型光學儀器制造商尼康宣布兩家公司合作研發的全球第一個應用于移動通信的光學無線電技術“跟蹤光學無線通信技術”實驗成功。此技術廣泛融合了人工智能、圖像處理和精密控制技術,來創建在雙向通信設備上的新使用場景。此外,NTT、東芝公司等ICT巨頭開展了低能耗光驅動芯片技術、量子暗號通信系統等相關技術的研發。

聚焦核心業務,行業龍頭企業全面開展6G前瞻性布局

(一)蘋果:以“太赫茲通信”為抓手增強6G研發能力

作為全球知名手機廠商,蘋果也是6G聯盟成員單位之一,后續將圍繞6G技術研發,開展手機、可穿戴等核心產品創新,提升自身在通信領域的競爭力。前期蘋果公司對英特爾調制解調器業務進行了收購,隨后2021年2月開始針對無線研究系統(5G/6G)和“RAN1/RAN4標準”等領域進行人才儲備,致力于6G標準研究、無線接入網絡的下一代(6G)無線通信系統設計、高頻(GHz、THz)領域無線通信技術、智能手機及可穿戴設備的無線系統等方向,以全面提升公司在通信基帶芯片、設備等領域的研發能力。

當前,蘋果針對6G研發的重點領域——太赫茲通信技術提前開展了相關研究并提交了四份太赫茲傳感器模塊有關的專利申請,全面開啟6G領域技術研發工作。

(二)LG:以國內外技術創新合作為抓手引領全球6G標準化

在6G的研發方面,LG是開展布局較早的企業之一,作為引領4G LTE網絡商業化進程的重要成員,2019年1月便宣布啟動6G研發計劃,在韓國先進科學技術研究院(KAIST Institute)內啟用了一個6G研究中心,合作開展5G/6G研發,致力于引領6G全球的標準化工作。與此同時,LG不斷強化企業合作創新模式,推進6G相關技術的研發。2020年8月,LG與韓國標準科學研究院(KRISS)、KAIST簽署協議共同開發6G電信技術,并預計6G系統將在2029年實現商業化,該技術將基于人工智能技術,實現人、物、空間等要素的無縫連接,全面開啟“萬物環境互聯網”時代。2021年3月, LG與美國Keysight Technologies、KAIST簽署諒解備忘錄,針對6G通信關鍵頻譜(太赫茲相關領域)等開展合作研究,LG、KAIST合作開展技術研發,美國Keysight Technologies公司提供相關的設計和測試工作,該項目預計2024年完成,并計劃在2029年實現6G的商用化。

(三)三星:以6G關鍵技術研發為重點部署6G商用化

作為全球屏幕面板、手機以及半導體領域龍頭企業,三星把握6G關鍵窗口期,積極參與到6G全球競賽當中,加快技術研發搶占競爭制高點。2020年7月,三星發布《下一代超連接體驗》白皮書,對6G技術發展的新趨勢和新需求、網絡性能指標、應用場景、潛在候選技術及預期的標準化推進時間進行了全面闡述。白皮書指出,三星6G時代的愿景是將“下一代超連接體驗”帶入生活的每一個角落,同時對滿足愿景的3項關鍵6G服務——沉浸式擴展現實(XR)、全息圖和數字孿生進行了全面總結。此外,三星還對6G的標準化推進工作進行了梳理,預計在2025年啟動6G標準化進程,2028年完成標準的制定和早期的商用,規?;纳逃闷占斑€需要推遲到2030年左右,屆時6G的峰值速率將達到1000Gbps,是5G的50倍,時延低至100us,縮短到5G的十分之一。

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圖4-1《下一代超連接體驗》白皮書移動通信時間軸

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圖4-2《下一代超連接體驗》白皮書5G/6G技術指標對比

三星針對6G關鍵技術研發布局較早,2019年5月成立了高級通信研究中心,《下一代超連接體驗》白皮書中也指出要對太赫茲頻譜及通信、新型天線技術、先進雙工技術、新型網絡拓撲、動態頻譜共享以及基于人工智能的無線通信等技術開展研究。

(四)諾基亞:以歐盟競爭力提升為目標牽頭6G區域戰略項目

諾基亞作為全球通信領域龍頭,依托先天優勢積極開展6G領域技術研發并牽頭一系列芬蘭、歐盟重點支持項目。2018年,諾基亞公司、奧盧大學與芬蘭國家技術研究中心(VTT)合作開展了“6Genesis——支持6G的無線智能社會與生態系統”項目,將在未來8年投入超過2.5億歐元的資金。2019年6月,諾基亞與韓國SK電信、瑞典愛立信共同簽署研發合作諒解備忘錄,針對超可靠/低延遲無線網絡和多輸入多輸出天線技術、基于人工智能的5G/6G網絡技術、6G商業模式等領域開展創新合作。2020年7月,諾基亞與聯發科合作開展5G、LTE-A、IMS等最新無線通信技術研發、標準化及測試工作,持續擴展和優化全球合作伙伴生態。

2020年12月,諾基亞作為牽頭單位開展《歐洲2020遠景規劃》科研項目——“Hexa-X”,這是歐盟在通信領域首個6G指引性項目。該項目總投資額達到800億歐元(折合人民幣6310億元),致力于構建歐盟6G技術發展路線圖,全面助力歐盟在全球6G研發競爭力的提升。

(五)愛立信:以認知網絡及智能計算技術突破為手段助力歐洲6G全球領先

愛立信是歐洲最大的研發投資者之一,在6G領域積極參與歐盟重點資助項目,聚焦感知互聯網、智能機器的聯網、數字孿生、基于連接的可持續發展等四大類重要需求,突破認知網絡以及網絡計算等關鍵使能技術。2021年1月,愛立信參與歐盟REINDEER項目,主要研究無蜂窩MIMO技術,并為系統開發由“分布式無線電、計算和存儲架構”組成的新型無線接入基礎設施,鋪開規模智能表面和無蜂窩無線接入的理念,為下一代網絡提供遠超5G網絡的能力。

REINDEER是《歐洲2020遠景規劃》戰略計劃的重要組成部分,項目自2021年1月1日起,將持續三年半時間,包括諾基亞、Telefonica、NXP半導體在內的眾多歐洲企業和科研院校參與了該項目,致力于將歐盟打造成為6G的開發、標準化和最終部署的中心。

(六)NTT:以芯片環節為重點提升本國6G標準國際主導權

作為日本最大電信運營商,NTT 2018年左右便開始積極布局6G技術研發,尤其是在150GHz頻段芯片及設備的開發領域提前部署,助力本國提升6G國際標準主導權。2019年10月,公司成功試生產出通過光運行的芯片,能耗只相當于傳統芯片的百分之一,同時通過與索尼、英特爾合作加速芯片量產進程。2019年11月,NTT宣布與微軟等公司合作開發6G技術,主要針對低能耗光學半導體等領域,同時計劃組建光學與無線網絡聯盟(IOWN),以共同開發未來的 6G (主要包括光子學研發、分布式計算等領域)技術。2020年1月,公司研發出面向6G太赫茲無線通信的超高速芯片同時發布《5G演進及6G白皮書》,對6G技術性能及愿景、商用化進程及重點研究領域進行了總結。2020年6月公司與本國NEC開展5G、6G等技術研發和資本合作,推動5G設備國產化,同時合作研發6G超高速無線通信、海底光纜等新技術。

NTT將6G看作5G的進化版,在傳輸速率、信息容量、網絡覆蓋等指標方面實現升級?!?G演進及6G白皮書》預期在2030年實現6G技術的商用化,網絡將采用全新的拓撲技術,與大規模的MIMO、AI等技術融合,提供高達100Gbps以上的傳輸速度,低于1ms的延遲,連接能力達到1000萬個設備/平方公里。

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圖4-3 NTT《5G演進及6G白皮書》技術演進圖

(七)紫光展銳:以終端領域為突破口強化6G技術研發及儲備能力

紫光展銳是全球領先的移動通信及物聯網核心芯片供應商,積極關注并參與國際、國內6G研究及產業推進工作。2019年11月,公司宣布啟動6G研發,主要針對太赫茲通信、軌道角動量、甚大規模天線系統、甚高通量編解碼、天地一體通信網等潛在6G關鍵技術進行預先研究。同時與國內高校合作開展Tbps級別的信道編解碼研究、太赫茲與軌道角動量結合的傳輸方法的研究及系統開發。此后由紫光展銳撰寫的《初探B5G/6G終端》(白皮書)正式發布,初步探索未來終端的泛在化、智能化、輕量化、共享化、融合化、云霧化等趨勢,挖掘了部分場景需求,為業界進一步明晰定義未來6G終端具體形態打下良好基礎。

2020年11月,公司發布《6G:無界有AI》白皮書,對6G愿景、核心技術需求及挑戰等進行系統闡述。重點針對太赫茲通信、可見光通信、先進調制解碼、星地協同傳輸等6G核心技術的研究前景進行了分析。同時結合自身業務發展實際,對6G終端芯片和器件在帶寬、頻率、功耗、集成度、多?;?、智能化等方面的技術創新和預研方向進行了預判。

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圖4-4 紫光展銳6G愿景

突破區域及行業壁壘,6G關鍵技術及潛在應用研究取得新進展

(一)6G潛在關鍵技術研究逐步體系化

當前產業界針對6G潛在關鍵技術的研究逐步完善,呈現一定的體系化和區域化態勢?,F階段6G關鍵候選技術主要分為基于新頻譜的通信技術研究及試驗、下一代基礎共性技術、新型特定通信技術、融合應用新技術等四大類,全球各國家和地區結合自身產業發展實際開展突破:

基于新頻譜的通信技術研究及試驗主要包括太赫茲通信技術研究及芯片(設備)研發、可見光通信技術研究、動態頻譜共享技術等,是美國、中國、日本、韓國等國家企業和機構著力突破的領域,相關研究單位有蘋果、NTT、LG、紫光展銳、日本 Osaka 大學、中國物理工程研究院等等。

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圖5-1 NTT針對新頻率和新覆蓋需求對無線接入技術(RAT)的擴展

下一代基礎共性技術主要包括下一代信道編碼及調制技術、新一代天線與射頻技術、軌道角動量技術等,這是各國家和地區需突破的底層技術。

新型特定通信技術包括空天地一體化通信、無線觸覺網絡等,產業界對于衛星通信納入 6G 網絡作為其中一個重要子系統是普遍認可的,需要對網絡架構、星間鏈路方案選擇、天基信息處理、衛星系統之間互聯互通等關鍵技術進行深入研究。針對深海遠洋通信網絡納入 6G 網絡還處于初步論證、爭議較大的環節。對于無線觸覺網絡的研究也是處于場景探索的初步階段。

融合應用新技術主要包括人工智能、區塊鏈等與6G通信技術的融合,目前韓國LG及三星、芬蘭諾基亞、瑞典愛立信、日本NTT等行業巨頭企業均結合自身技術優勢,開展該領域研究。

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圖5-2 部分AI應用場景技術指標需求

(二)6G細分領域潛在應用場景不斷豐富

目前業界對于6G潛在應用場景的研究活躍,已經發布了不少展望和預測,一些細分領域新的場景不斷出現,綜合來看,6G潛在應用場景主要分為全覆蓋多樣化智能連接、高保真擴展現實類應用、智能化行業類應用等三類場景。

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圖5-3 6G潛在應用場景

全覆蓋多樣化智能連接應用。該類場景主要是借助地面移動蜂窩網絡、衛星互聯網、無人機等空中平臺的靈活部署以及各種超低功耗、超高精度智能連接技術實現全球范圍內空、天、地、海立體空間內近乎無死角的全球泛在連接。通過全覆蓋的高速網絡,不但滿足常規環境下海量連接、超高傳輸速率的互聯網和物聯網各種深度覆蓋需求,還能實現各種極端自然、災害環境下的應急通信、特種通信的實時智能化連接,實現信息的高效精準傳輸。潛在的具體應用場景包括:空天地海一體化通信、水下通信、量子通信、分子通信、納米物聯網等。

高保真擴展現實類應用。6G時代信息交互形式將進一步由AR/VR逐步演進至高保真擴展現實(XR)交互為主,甚至是基于全息通信的信息交互,最終將全面實現無線全息通信。用戶可隨時隨地享受全息通信和全息顯示帶來的體驗升級——視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺乃至情感將通過高保真XR充分被調動,用戶將不再受到時間和地點的限制,身臨其境般地享受完全沉浸式的全息交互體驗,以“我”為中心享受完全沉浸式的全息體驗。潛在的具體應用場景包括:全息通信、通感互聯網、虛擬教育、虛擬旅游、虛擬運動、虛擬網游、虛擬建筑、虛擬演唱會等。

移動化智能化行業類應用。智能化是6G系統提供的一項重要服務能力,也是支持各種多維度、深層次智慧應用的基礎。6G將與農業、工業、交通、教育、醫療等各垂直行業深度融合并催生一些新業態、新服務。潛在的具體應用場景包括:智慧農業、智能工廠、智慧車聯網、智能家居、智能機器人、新型智慧城市、數字孿生體、遠程精準醫療、智慧旅游、無人探險等。

推進政產學研一體化,我國6G研發具備先發優勢

我國6G研發工作的總體部署超前,正系統開展6G技術研發方案的制定工作,為6G技術預研打下基礎,表明在全球范圍內的6G研究工作中,我國承擔著先行者的角色,這對增強我國在前沿技術研究領域的全球話語權將有深遠的影響。

(一)政府:總體部署,統籌推進

2019年,由工信部牽頭,聯合科技部和發改委成立了中國IMT-2030推進組,下設中國6G無線技術組,負責組織成員單位圍繞6G技術所開展的一系列工作,目前已召開4次工作組會議。中國IMT-2030推進組對協調國內參與6G研究主要單位力量、聚焦6G無線技術關鍵創新點以及推動中國6G技術研究發揮了重要作用。此外,由科技部牽頭,聯合發改委、教育部、工信部、中科院、自然科學基金委成立了國家6G技術研發推進工作組和總體專家組。6G技術研發推進工作組由相關政府部門組成,職責是推動6G技術研發工作實施;總體專家組由來自高校、科研院所和企業的專家組成,主要負責提出6G技術研究布局建議與技術論證,為重大決策提供咨詢與建議。

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圖6-1 我國啟動6G技術研發工作

工信部在全國“兩會”上表示正在積極推動國際合作,在愿景需求、技術標準等方面尋求共識。有關6G方面的全國“兩會”提案聚焦衛星互聯網等核心技術攻關以及標準化工作?!吨腥A人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年(2021-2025年)規劃和2035年遠景目標綱要》在“加快建設新型基礎設施”一節中提出要“前瞻布局6G網絡技術儲備”。

(二)企業:立足實踐,廣泛探索

中國移動成立了未來移動通信技術研究所,聚焦面向6G的應用基礎研究。中國移動研究院定期召開“暢想未來”6G系列研討會,匯聚產學研用各方力量,通過廣泛交流和深入分享,為業界尋找6G研究方向提供了參考,并發布了運營商首個《2030+愿景與需求研究報告》,提出了未來網絡五大技術特征構想。中國移動和清華大學建立了戰略合作關系,雙方將面向6G通信網絡和下一代互聯網技術等重點領域進行科學研究合作。之后,中國移動陸續發布了《2030+愿景與需求白皮書(第二版)》《2030+網絡架構展望白皮書》《2030+技術趨勢白皮書》等6G系列白皮書。

中國聯通也開展了B5G和6G通信技術的研究,并依托中國聯通網絡技術研究院實施太赫茲通信推進計劃,將牽頭成立毫米波太赫茲聯合創新中心,推動太赫茲通信產業化快速發展。中國聯通與中興通訊已正式簽署6G聯合戰略合作協議。雙方充分發揮各自在6G領域的創新優勢,圍繞6G技術創新及標準推動進行合作。中國聯通近期發布了《面向6G的算力網絡研究》《中國聯通6G白皮書》等白皮書,分析了6G移動通信網絡技術的發展趨勢。中國電信也表示了已啟動6G相關技術研究,其研究重點方向是以毫米波為主頻,太赫茲為次頻的6G技術。

華為于2019年8月公開其在加拿大渥太華成立的6G研發實驗室,啟動6G研究。之后,還在法國建設了6G研發中心。華為認為6G將擁有更寬的頻譜和更高的速率,以毫米波段為主,應該拓展到海陸空甚至水下空間,目前處于場景挖掘和技術尋找階段。華為預計在2030年的時候,會出現一些6G方面的使用情況。2020年,華為攜手聯通、銀河航天達成了空天地一體化戰略合作伙伴協議,將共同發力6G領域。

中興通訊在第二屆6G峰會上表示已成立專門團隊,主攻6G網絡結構與6G使能技術,并通過測試、試驗驗證其技術可行性。中興通訊6G研究團隊認為智能無線電、智能覆蓋、智能演進,將是6G網絡結構的基本技術特征,三維連接、智能MIMO、按需拓撲、按需AI與新視野通信,是6G網絡基本的使能技術。中興預計6G可能會在2030年前后登場,2020至2023年將是6G網絡需求、結構與使能技術的研究窗口。

在6G使能技術之一的太赫茲通信技術領域,中國華訊方舟、四創電子、亨通光電、大恒科技等公司均已開始布局。目前,企業和科研機構依托毫米波太赫茲產業發展聯盟聚焦6G太赫茲通信技術領域。遠方信息公司是LED和照明光電檢測設備龍頭之一,其曾透露擁有6G相關的太赫茲光譜儀技術。

意華公司曾公告為通信龍頭企業客戶提供6G網絡需求的300/400G連接器。奧士康公司為配合無線通信領域客戶的需求,也在積極開發5G、6G無線通信基站用PCB產品。此外,中國信息通信科技集團有限公司、OPPO、VIVO等公司也從不同角度開始了針對6G通信技術的研發。

(三)學研:依托專項,加速突破

科技部發布的《國家重點研發計劃“寬帶通信和新型網絡”重點專項項目申報指南建議》提出“專項總體目標”之一是“開展新型網絡與高效傳輸全技術鏈研發,使我國成為B5G/6G無線移動通信技術和標準研發的全球引領者,在未來無線移動通信方面取得一批突破性成果”。其中,2019年專項中至少有6個6G研究項目,2020年專項中至少有5個6G研究項。2021年,科技部公布了年度擬啟動的兩個6G研究項目,即《6G通信-感知-計算融合網絡架構及關鍵技術》和《6G超低時延超高可靠大規模無線傳輸技術》。立足國家重大專項指引,多個高校及科研院所加快進行6G關鍵核心技術研究。

北京郵電大學網絡智能研究中心的“6G全場景按需服務關鍵技術”項目力求建立全場景按需服務管控技術體系,實現從概念理論與關鍵技術的研究,到標準體系建設與核心系統研發的原始創新,提出6G“中國方案”。

面向“網絡2030”發展愿景,網絡通信與安全紫金山實驗室將作為主力參與未來國家移動通信重大科技專項研究,計劃舉辦未來網絡與6G為主題國際頂級會議,搶抓發展機遇?;I備和開展重點項目包括“B5G/6G移動通信系統與關鍵技術”、“面向服務的未來網絡與系統”、“網絡通信內生安全2.0研究”和“綜合試驗平臺”重大任務以及“大規模量子密鑰無線分發及組網關鍵技術研究”、“單光子極限通信與探測”和“智驅安全網絡”等前沿交叉課題。

中科院牽頭組織我國6G技術研發推進工作組,并啟動多項6G研發項目。其中的商用衛星光電姿態敏感器通過敏感太陽矢量的方位,來獲取航天器相對于太陽的方位信息,是衛星定位必不可少的一環。主要應用于光學儀器設備、商業衛星產品、航天器等領域。

東南大學聯合紫金山實驗室和國內外多個高校、企業科研機構共同撰寫了《6G研究白皮書》。東南大學電磁空間科學與技術研究院、毫米波國家重點實驗室、移動通信國家重點實驗室在6G信息超材料領域取得新進展,利用時空編碼數字超表面對電磁信息進行調控。

由成都國星宇航科技有限公司、電子科技大學與北京微納星空科技有限公司聯合研制的電子科技大學號衛星是全球首顆6G通信試驗衛星,用于開展太赫茲通信載荷的相關試驗。之江實驗室太赫茲通信項目團隊擬采用光電混合的技術路線,并與軌道角動量OAM技術結合,以期實現高達1Tbit/s的6G通信速率。團隊率先在300-500GHz頻段實現了一系列超高速太赫茲無線通信,目前已達到600Gb/s。

我國6G研發面臨形勢及相關建議

(一)面臨形勢

未來3-5年是6G研發關鍵窗口期,全球6G競賽已全面拉開帷幕。當前業界雖然還沒有制定出6G統一標準,但已經就6G商用化進程達成了初步共識,6G 通信的愿景、場景、基本指標、關鍵技術和應用場景等研究均有了新的進展,相關研究成果中也初步明確6G將會在2030年左右實現規?;逃?,未來3-5年將是其技術研發的關鍵窗口期。為搶占6G競爭制高點,全球6G競賽已悄然拉開序幕。美國已全力備戰6G,并將確保6G技術全球領先作為指導目標,無線行業相關組織、企業等也都表明了此態度,美國電信行業解決方案聯盟(ATIS)提出“ICT行業龍頭企業要在6G一系列核心原則和行動上保持一致,保證美國在未來十年處于技術開發和部署的最前沿”;美國電信行業協會成立“6G聯盟”,統籌行業科技巨頭推動美國在下一個通信發展周期(10年)內,實現6G乃至7G領域的全球領先地位。此外,歐盟、日本等也積極開展6G相關研究,扶持重點項目和企業,提升6G國際標準主導權。我國應積極應對6G國際新形勢,貫徹落實《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》要求,牢牢把握關鍵窗口期,前瞻布局6G網絡技術儲備,科學有序推進關鍵技術研發、未來網絡試驗設施和規?;逃霉ぷ?。

西方對我國通信業實施“技術封鎖”,我國6G核心技術攻關和標準研發制定等面臨新的機遇和挑戰。近年來美國一直視我國為5G產業最強競爭對手,強調5G“中國威脅”論,2019年5月,美國、歐盟、日本等32個國家在布拉格5G安全大會上達成《布拉格提案》,排擠中國的意圖明顯。截止2021年1月,我國被美國列入“實體清單”中的公司及機構近300家,通信行業成為關鍵領域之一,產業鏈供應鏈面臨極大挑戰,需要全面突破西方技術封鎖。西方國家在持續與我國展開5G競爭的同時,也致力于通過6G前瞻布局和技術儲備重新掌握網絡通信的國際話語權,例如美國智庫提出為應對中國科技競爭,要重點發展下一代卡脖子技術。這表明6G時代將面臨比5G時代更為激烈的競爭乃至不公平的封鎖,基于以上形勢,我國6G研發將成為“十四五”期間通信業的重點 “攻堅”項目之一,政策支持力度將進一步加大,在技術研發、標準化推進、產業化推廣和國際合作創新等方面迎來新的歷史機遇。

我國5G規?;逃每焖偻七M,為開展6G布局奠定良好基礎。當前我國5G基礎設施建設和商用化進程位居世界前列,根據工信部數據,截止2020年底,我國已建5G基站超過70萬個,實現所有地級以上城市5G網絡全覆蓋;5G終端連接數突破2億;5G+工業互聯網項目超過1100個,5G+遠程會診在19個省份的60多家醫院上線使用,5G+自動駕駛、5G+智慧電網、5G+遠程教育等新模式新業態不斷涌現。與此同時我國在5G核心技術創新方面也實現了全球領先,根據《中國互聯網發展報告2020》統計,2020年開始全球5G網絡將有約30%來自中國技術,同時專利申請數量優勢明顯,華為排名第一,中興通訊第三;科技部也表示截止2020年10月,我國5G 核心專利數占世界第一?;?G技術儲備和產業推進的先進經驗,我國可在6G性能指標、網絡架構、關鍵技術及標準化、應用場景示范等方面開展布局,同時充分考量5G的新問題和新需求,全面提升5G、6G技術研發的可延續性和迭代,為實現5G到6G的深入科學演進打好基礎。

(二)相關建議

適時發布6G前瞻性戰略規劃。6G發展將涉及但不限于網絡建設、產業生態、技術創新、融合應用和安全保障等多個層面。建議一是參考我國5G現有成功經驗,進一步加快國家層面詳細的6G頂層設計和政策保障的盡早出臺,在戰略層面擴大我國競爭優勢。二是推動我國6G通信設備和終端形成產業規模,在國際產業分工體系中占據有利地位。三是加快6G標準生態研究和保護,積極推進國際合作和標準“走出去”。

盡快明確6G研發試驗用頻。對于6G潛在技術所用頻段,除WRC-23將要討論的6GHz頻段等外,業界普遍聚焦于毫米波頻段和太赫茲頻段,部分甚至擴展至光通信頻段??紤]我國通信產業的節奏和特點,建議一是積極推進毫米波、太赫茲等候選頻段用于6G通信網絡的相關研究和試驗工作,做好通信產業發展的頻譜資源儲備。二是持續鞏固我國移動通信低-中-高頻頻譜資源聯合組網模式,結合6G場景開展相關頻譜資源利用技術的研究。

強化儲備6G潛在關鍵技術。通過6G行業、產業、生態聯盟等形式,凝聚產學研用各方優勢,形成6G研發布局工作的合力。建議一是加大資金投入,結合6G復雜融合場景開展多個細分領域專題研究,鼓勵產業鏈企業集中突破6G關鍵技術。二是積極推進新材料、儀器儀表等關聯產業基礎儲備。三是鼓勵企業進行6G應用場景的前瞻研究和應用試驗,保護知識產權,做好專利儲備。

同步開展6G網絡安全研究。6G網絡將面臨移動設備的激增和應用服務的豐富,潛在的網絡安全和隱私問題將比5G更加明顯。要為國際社會所接受,對6G網絡和信息的安全保護將是關鍵因素。建議一是建立國際6G網絡安全領域對話和合作機制,助推我國與全球各區域國家在6G網絡安全領域達成共識。二是加大國際規則制定的參與力度,產學研界要在ITU、3GPP等國際標準組織中圍繞6G安全議題輸送高質量的研究成果,最大范圍凝聚6G網絡安全共識,為我國6G技術和標準推廣鋪平道路。

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責任編輯:曉燕

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