在今年6月初举行的第31届中国国际信息通信展览会上,工业和信息化部党组书记、部长金壮龙指出,近十年来,我国信息通信业取得了跨越式发展,建成全球规模最大、技术领先的网络基础设施,移动通信网络实现从“3G突破”“4G同步”到“5G引领”的跨越。接下来,我们要优化基础设施布局,加速信息技术赋能,加快培育新兴产业,前瞻布局下一代互联网等前沿领域,全面推进6G技术研发,抢占未来发展新优势。
与此同时,国际电信联盟无线电通信部门5D工作组(ITU-R WP5D)召开第41次会议,ITU-R WP5D如期完成了《未来技术趋势研究报告》的撰写,内容涉及6G重点技术研究方向,标志着全球在该方向达成初步共识,关键技术逐渐聚集,6G的部署探索进入实质性开拓阶段。
自上世纪80年代以来,移动通信基本上以十年为周期出现新一代革命性技术,持续加快信息产业的迭代升级,不断推动经济社会的繁荣发展,如今已成为连接人类社会不可或缺的基础信息网络。在通信行业不同代际周期的更迭中,中国逐渐迎来了从1G落后、2G跟随、3G突破、4G并跑到5G领先可期的通信领域全产业链发展机遇。
据了解,当前全球新一轮科技革命和产业变革正在加速演进,人工智能(AI)、VR/AR、三维(3D)媒体和物联网等新一代信息通信技术的广泛应用产生了巨大的传输数据。
此外,在制造、交通、教育、医疗和商业等社会的各个领域,智能化正成为不可逆的趋势。为了实现智慧城市的愿景,数百万个传感器将被嵌入到城市中的车辆、楼房、工厂、道路、家居和其他环境中,需要具有可靠连接性的无线高速通信方式来支持这些应用。随着通信需求的提升,移动通信从1G逐步发展至现在的5G,并且5G已经在全球范围内开始大规模部署。
我们今天拥有的手机互联网技术主要基于4G,这是一种于2009年底首次推出的无线标准。4G从根本上提高了我们手机上的数据速度,允许用户进行在线活动,如流媒体高清视频和玩视频游戏。
目前的5G速度在40到1000Mbps之间,具体取决于用户所在的5G网络类型。通过利用毫米波频谱和波束成形等技术,专家估计5G最终可能达到高达10000Mbps的最大速度。无论5G是否达到这个目标,无线公司现在都不再仅仅为我们的手机提供服务,而是计划将5G用于工业,商业,医疗保健和远程工作的其他应用。带来的产业价值将从千亿、万亿狂奔,前景广阔。
5G与4G相比,能够提供新功能并实现更好的服务质量(QoS)。尽管如此,以数据为中心的智能化系统的快速增长对5G无线系统的能力带来了巨大挑战。例如要保证虚拟现实(VR)设备良好的用户体验,至少需要10Gbps的数据速率,这已经是超越5G(B5G)后才能实现的目标。
为了克服5G应对新挑战的性能限制,需要开发具有新功能特性的6G无线系统。一方面,6G要实现对传统蜂窝网络所有功能的融合,例如支持网络致密化、高吞吐量、高可靠性、低能耗以及大规模连接。另一方面,6G将运用新技术实现服务和业务的拓展,包括AI、智能可穿戴设备、自动驾驶汽车、扩展现实(XR)和3D投影等。
6G是第六代无线通信技术的简称,它使用更高的频段和敏捷的基于云的网络技术,提供破纪录的速度和微秒级延迟。6G的主要优点是能够促进手机、计算机、可穿戴设备、机器人等能够在任何时间、任何地点与任何通信介质即时通信。如太赫兹波和边缘计算等技术将允许可穿戴智能设备、元界工具、自动化基础设施,以及其他超出我们想象范围外的事物的广泛应用。
2019年,美国联邦通信委员会(FCC)允许公司开始试验所谓的“太赫兹波”或“亚毫米波”,从而打开了通往潜在6G未来的大门。这些是落在95GHz到3THz(太赫兹)频谱中的无线电频段,太赫兹波的频率高于毫米波,毫米波如今是一种为解决网络拥塞和带宽限制的圣杯解决方案。
5G的高级版本依靠毫米波频段以超快的速度和最小的响应时间传输大量数据,在理论上使开发自动驾驶汽车和远程手术等技术成为可能。问题是毫米波只能在短距离内工作,需要发射器和用户之间保持“可视”距离,太赫兹波的范围甚至更弱。但是,如果它们可以通过一些新颖的网络方法得到适当的利用,它可以为通过6G无线网络进行复杂的活动提供更多容量。
6G基站是用于接收和传输蜂窝信号的无线通信站。虽然6G基站还没有出现,但4G LTE和5G网络使用蜂窝塔和“小型蜂窝”(安装在街角和电线杆上的小型发射器)将互联网和蜂窝数据传输到我们的手机和其他无线设备,也就是说6G的组网趋势和5G的超密集组网一样,大量的网络设备,大量的微小区,同时也有宏小区,通过更新更强的交互技术,实现负载均衡,覆盖互补,干扰规避等等。
尤其是随着太空中高、低轨道通信卫星技术的发展和带宽的突破,占地球面积百分之九十以上的海洋山区将实现无缝覆盖(我国已经成功进行了这类通信卫星的发射),这些不仅仅是猜想,以现在的技术发展速度,6G真正到来的时间,已经超出了我们现在的想象。
一些专家认为,6G网络有朝一日可以让用户在互联网设备上达到每秒1太比特(Tbps)的最大速度。这比当今大多数家庭互联网网络上最快的速度1Gbps快一千倍,比假设的5G最高速度10Gbps快100倍。这是一个乐观的猜测,我们离达到这些速度还有很长的路要走。不过,从根本上说,研究人员预测6G将强调极高的带宽和可靠性。通过6G,互联网可实现即时和持续的访问,真正融入生活的方方面面,做到万物智联。
《6G概念及愿景白皮书》指出,为集中产业界力量突破6G潜在关键技术,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。我们还需要在以下三方面作出努力:
一是加大资金投入,设立多个细分领域专项课题组,鼓励产业链企业集中突破下一代信道编码、新一代天线射频、太赫兹通信、软件无线电、卫星互联网、人工智能、区块链、动态频谱共享等关键技术。
二是积极推进关键产业基础储备,尤其是半导体材料等基础领域和高频器件等前沿领域,通过政策、资金倾斜鼓励高频段、大带宽的射频器件、测量仪器设备厂商开展专项技术突破。
三是鼓励企业进行6G应用场景的前瞻研究和应用试验,积极引导相关企业开展跨行业协作,促进产业链各方协同发展形成合力,打造上下游生态环境。
随着5G的兴起,自动驾驶汽车和无人机、遥控工厂以及人工智能(AI)的其他应用得到了很多讨论。预计6G的出现将使这更加重要,一些专家认为需要人工智能来保持这一切的协调和平稳运行。虚拟现实有望在5G中发挥重要作用,但这仅仅是个开始。6G会是一个完全集成的、基于互联网的系统,允许消费者、设备、车辆和周围环境之间进行即时通信。
根据研究论文和电信专家的说法,6G采用了最初用于手机的技术,并将其应用于更广泛的用途,包括各种物理空间,山、海、林及交通,医疗保健,农业和智能家居网络等。在这个过程中,让人们将开始体验互联网和日常生活之间的无缝连接。
相比于5G,6G主要有三大特点:
更快的速度、更大的频谱和更低的延迟。
这些特性将会带来许多新的应用场景,以下是一些与多行业技术融合后产生的应用可能性:
自动驾驶汽车:在6G网络中,每辆车都将配备许多传感器,包括相机、激光扫描仪、可能用于三维成像的太赫兹宽带阵列成像设备、里程表和惯性测量单元。
基于全息通信的XR:随着技术的快速发展,可以预期10年以后(2030~),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。
边缘计算:6G网络的超低延迟和高速度,使得边缘计算变得更加普及。通过远程数据处理和边缘计算,我们能够更高效地进行实时数据分析。
人机融合:6G将大大提高交互式技术的响应速度,从而更加加深人和机器的融合。智能家居、智能医疗等应用领域将得到极具潜力的提升。
联网智能化:6G技术可以大幅提升物联网的数据传输容量和每次数据传输的可靠性,从而实现更智能化的设备联动和应用。
生物医疗:在生命科学、医疗、药物探索等领域,6G技术可以支持诸如移动健康监测、远程手术和个性化医疗等创新应用。
新型智慧城市:作为城市群的基础设施之一,6G将采用统一网络架构,引入新业务场景,构建更高效更完备的网络。人工智能(AI)深度融入6G系统,将在高效传输、无缝组网、内生安全、大规模部署、自动维护等多个层面得到实际应用。
全域应急通信抢险:6G将由地基、海基、空基和天基网络构建成分布式跨地域、跨空域、跨海域的空一天一海一地一体化网络。依托其覆盖范围广、灵活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面灾害影响等特点,6G通信网络在应急通信抢险、“无人区”实时监测等领域应用前景广阔。
总之,6G技术的应用前景非常广阔,涉及多个领域和行业。随着技术发展的深入,我们相信6G技术将会在未来几年内逐渐成熟并得到广泛应用。
有专家称,我们今天所说的6G还尚处在理论和试验阶段。从世界来看,5G无线通信网络仍处于部署的早期阶段。中国应该是第一梯队,因为我们有完整的知识产权和设备制造供应企业,华为、中兴就是杰出代表。美国和西方比较着急,想跨越才炒作6G概念,马斯克的星链也实现了一些功能。通信公司都已经在展望未来,这是出于竞争话语权的需要。
从技术上讲,6G现在还不存在,但正如专家所想象的那样,6G是无线技术的下一阶段,它结合了边缘计算和人工智能等新方法,以帮助打造一种全新的互联网类型。
大多数专家估计,考虑到新的无线通信标准大约每十年出现一次,6G预计将在2030年左右推出。但没有什么是一成不变的——即使是“6G”这个词也可能在某个时候失宠并被其他东西所取代。一些专家谈论6G技术的原因是,互联网技术总体上正在发生重大变化。业界普遍期待,6G网络将在安全可信的基础上实现能效的大幅提升,最终实现“万物智联、数字孪生”的美好世界。