6G技术向需求靠拢

2023年年初，5G在中国已经拥有超过5亿的签约用户。5G演进的新路标5G-Advanced也在摩拳擦掌地准备着，希望能够在2025年登堂入室。指向2030年商用的下一个演进目标——6G技术，正处于愿景需求和关键技术遴选的窗口期。

　　中国高度重视6G发展，《“十四五”规划纲要》和《“十四五”数字经济发展规划》明确提出要前瞻布局6G网络技术的储备，要求加大6G技术研发支持力度，积极参与推动6G国际标准化工作。“在6G和6G之后的移动通信发展中，仍要不断进行标准化工作，让技术以有序、可控的方式演进。”国际电信联盟电信标准局局长尾上诚藏在日前举办的“全球6G技术大会”中表示，“要追求移动通信可持续和有意义的演进，而不被虚假的市场需求所误导；要通过追求技术元素的演变推动移动通信代际演进。”

　　6G网络将面向服务面向AI

　　6G的网络架构将如何搭建？与5G网络架构会有什么不同？

　　在网络架构的设计上，5G网络的SBA架构（服务型架构）是由中国移动提出并牵头完成的国际标准，这种架构推动着传统的庞大、笨拙的电信运营商网络，向更灵活的互联网型的网络结构转变。

　　围绕6G网络的架构，国家科技重大专项03专项副总师、中国移动首席科学家、技术部总经理王晓云提出，网络未来发展的方向是“平台化服务网络”。如果说5G网络是以大宽带、低时延、大连接这三大类应用场景为主，那么6G网络的应用场景会进一步多样化，主要体现在五个方面，包括网络覆盖呈现出全域立体、网络性能指标种类和数值都有数量级的提升、网络功能将是通信感知计算的多要素融合、网络运行维护更加高效，最主要的是服务方式将从单一固定变为动态多样。

　　这五个方面，主要涉及星地一体化的通信网络，在网速、时延、连接数的能力上再次升级，支持人工智能、机器智能的融合应用。

　　王晓云认为，中国移动主导的5G SBA架构是平台化服务网络的首次实践，面向6G中国移动进一步发展，提出了“三体四层五面”的架构总体设计。“体”是架构的空间视图，描述6G网络实体，6G网络新定义了数字孪生体，扩展了全新空间。“层”是架构逻辑视图，自下而上包含资源与算力、路由与连接、服务化功能、开放使能“四层”。“面”是架构的功能视图，在经典的控制面和用户面基础上，增加了数据面、智能面和安全面。

　　“在6G网络架构设计上，我们也受到ChatGPT等计算机领域最新发展的启发，未来AI或者计算可能会成为一种新型的服务模式。6G不仅要传输‘富媒体’，还要更多地拥抱计算和各种各样的算法。”特斯联首席科学家、鹏城实验室兼聘研究员杨旸说。通过对阿里云最近几年数据变化的研究，发现不同的服务享受到的CPU资源是不一样的。未来6G网络可能需要以运行这些计算为核心，届时我们如何应对这种场景？

　　从高铁的经验来看，所有动力都集中在火车头是无法跑出高速的，计算资源都放在云上也是如此。未来，6G网络将会面对AI普惠的需求，如果要高效地响应这些需求，就需要学习高铁动力的分布式放置方式，将计算资源分散，6G网络将变得更加灵活和弹性。

　　毫米波技术支撑6G速率需求

　　无线通信频率技术的发展是代际演进中的技术核心。不同的代际，频率技术会发生非常大的变化。被认为是6G频率的毫米波、太赫兹的技术进展，自然成为6G研究的核心。

　　“6G是全频使用，并不是完全太赫兹的问题，太赫兹提供了一种高精度定位、高精度成像、多功能、快速通信的可能性，但是未来6G覆盖的面是从低频到太赫兹范围的全频带，这意味着提供了很多可能性。” 加拿大蒙特利尔大学教授、加拿大皇家科学院/工程院院士、IEEE MTT-S前主席吴柯表示，“目前6G是一个大杂烩：有多功能系统，有很多非通信领域的进展，特别是跳出传统的通信概念的那些进展。”

　　吴柯认为，现在太赫兹的发展受到电子学、光子学两个方向的制约。从无线通信的接收端、发射端的设备来考虑，高集成度的硅基光电芯片、三五族半导体和硅基的共同集成，以及对新材料、新的集成构架、新的封装技术的探索是当前业界讨论的热点。

　　令学者们着迷的是太赫兹能够产生高密度模拟电路的状态，相当于可以产生非常小的电流电压分布或等效电流电压分布，多极化的电流电压分布就意味着可以产生有可编程空间的波束状态，所以发展到毫米波、太赫兹频段以后，很多在低频中不可能实现的事情，现在可以实现了。“这是很有趣的东西，正在发展之中，包括通信、感知到成像方面。”吴柯说。

　　“未来的太赫兹基站还需要对高功率和高质量的天线系统进行管理，所以集成波导是非常重要的部分，意味着我们必须回过头来考虑集成波导的发展。”吴柯认为，“从早期的矩形波导到今天多层叠加技术，几乎都是围绕着电流电压定义在发展，但从今天到下一代发展，要引入‘场’的概念，非TEM模结构会参与到集成电路中，这是最大的发展趋势，也是非常重要的一个里程碑。”

　　在基片集成波导的各种各样的IC设计中，目前最有名的设计就是在宽禁带半导体上用基片集成波导来设计，在宽禁带结构上可以实现高功率。但基片集成波导带来的损耗对毫米波、太赫兹设计来讲还是高了一点儿。吴柯认为，解决办法是混合波导结构，将普通介质波导和非辐射介质波导结合的混合金属介质波导构架，可以把各自的优势结合在一起，用非辐射介质波导做电路的核心部分，所有连接部分用介质波导来做。

　　“这就意味着在未来IC设计中会有很多非TEM模的结构出现，并且很多介质波导会成为未来集成电路中重要的部分，这是非常重要的一个结果。”吴柯说。

　　6G网络提升对物的感知能力

　　6G会从移动通信向移动信息转变，过去移动通信是传统的数据传送服务，6G会转向信息服务的全过程，包括感知、通信、存储、计算、处理服务。因此在6G的基础设施建设中，“通感算”新型架构成为一个非常关键的基础性架构，通感一体化也成为在学术界、产业界非常热的技术。

　　“通过通信技术与感知技术融合，实现通信网络与感知网络协同，从而提供更好的、更智能的服务。”中国通信标准化协会理事长闻库表示，“今年2月份的数据显示，物联网移动用户数又增加了6000多万，达到19亿，所占比例大大超过手持终端。从移动物联网角度来看，通感网络是利用移动通信设施感知未来物理世界的一个新的重要方案。”

　　“通感算融合网络架构设计应该具有多要素深度融合、多频段协同、网络协作三大特征。”中国科学院院士尹浩认为，“当前，通算、感算、通感两两结合已证明可行，为满足6G业务新需求，需要通感算三者进一步深度融合。”

　　首先是通算融合，促进感知维度的拓展。通信功能支撑感知信息交互与汇聚，实时共享的算力来支撑多样化感知数据的融合处理，通与算相互结合，拓展了感知维度和深度。其次是感算融合，促进通信性能的显著提升。网络设备通过感知获取丰富的环境信息，并借助网络算力完成对环境的重构、信道估计等过程，让网络对移动通信环境具有一定的先验认知。最后要实现通感融合，促进算力的泛在化。

　　“在通感算多频点协作的网络中，10GHz以下的频段可主要用于粗粒度广范围的信息探测，为高频段提供初级感知信息及通信可靠性保障。”尹浩说，“在毫米波、可见光、太赫兹等频段，基于低频段的控制信息按需开启，并基于初级感知信息快速提供高精度感知能力及高速率的数据传输业务。”

　　“中兴通讯作为一个设备商很早就投入通感相关研究，我们的原型机已经做了两代。”中兴首席科学家向际鹰表示，“现在的基站也不是一点儿通感能力都没有，例如可以定位，但是也有很多缺陷，在空口资源、算力资源及网络架构上都有缺陷。”

　　有利的条件是5G本身有大规模天线技术基础，大规模天线对于感知是非常友好的，而且高性能芯片也更多了，因为5G本身要求的算力密度非常高，计算强度非常大，95%的计算都在芯片中。因此6G的通感算有实现基础。面对通感算方向，向际鹰认为AI在其中会发挥很重要的作用：“我们经过原型机的制作发现，在感知领域如果没有AI的话可能根本玩不转。”

　　6G技术遴选的窗口期将有多长也是专家谈论的焦点。目前有两种声音，一种认为要尽快凝聚行业共识，推动形成全球相对一致的6G标准；而另一种声音认为，不要过早做关键技术的收敛，要让更多的可能技术进入选择圈，在更大的产业基础上再进行收敛。