2023年年初，5G在中國已經(jīng)擁有超過5億的簽約用戶。5G演進(jìn)的新路標(biāo)5G-Advanced也在摩拳擦掌地準(zhǔn)備著，希望能夠在2025年登堂入室。指向2030年商用的下一個(gè)演進(jìn)目標(biāo)——6G技術(shù)，正處于愿景需求和關(guān)鍵技術(shù)遴選的窗口期。

中國高度重視6G發(fā)展，《“十四五”規(guī)劃綱要》和《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》明確提出要前瞻布局6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的儲備，要求加大6G技術(shù)研發(fā)支持力度，積極參與推動(dòng)6G國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。“在6G和6G之后的移動(dòng)通信發(fā)展中，仍要不斷進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，讓技術(shù)以有序、可控的方式演進(jìn)?！眹H電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)局局長尾上誠藏在日前舉辦的“全球6G技術(shù)大會(huì)”中表示，“要追求移動(dòng)通信可持續(xù)和有意義的演進(jìn)，而不被虛假的市場需求所誤導(dǎo)；要通過追求技術(shù)元素的演變推動(dòng)移動(dòng)通信代際演進(jìn)?！?/p>

6G網(wǎng)絡(luò)將面向服務(wù)面向AI

6G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將如何搭建？與5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會(huì)有什么不同？

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)上，5G網(wǎng)絡(luò)的SBA架構(gòu)（服務(wù)型架構(gòu)）是由中國移動(dòng)提出并牽頭完成的國際標(biāo)準(zhǔn)，這種架構(gòu)推動(dòng)著傳統(tǒng)的龐大、笨拙的電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，向更靈活的互聯(lián)網(wǎng)型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

圍繞6G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，國家科技重大專項(xiàng)03專項(xiàng)副總師、中國移動(dòng)首席科學(xué)家、技術(shù)部總經(jīng)理王曉云提出，網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的方向是“平臺化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)”。如果說5G網(wǎng)絡(luò)是以大寬帶、低時(shí)延、大連接這三大類應(yīng)用場景為主，那么6G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景會(huì)進(jìn)一步多樣化，主要體現(xiàn)在五個(gè)方面，包括網(wǎng)絡(luò)覆蓋呈現(xiàn)出全域立體、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)種類和數(shù)值都有數(shù)量級的提升、網(wǎng)絡(luò)功能將是通信感知計(jì)算的多要素融合、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)更加高效，最主要的是服務(wù)方式將從單一固定變?yōu)閯?dòng)態(tài)多樣。

這五個(gè)方面，主要涉及星地一體化的通信網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)速、時(shí)延、連接數(shù)的能力上再次升級，支持人工智能、機(jī)器智能的融合應(yīng)用。

王曉云認(rèn)為，中國移動(dòng)主導(dǎo)的5G SBA架構(gòu)是平臺化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的首次實(shí)踐，面向6G中國移動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展，提出了“三體四層五面”的架構(gòu)總體設(shè)計(jì)?！绑w”是架構(gòu)的空間視圖，描述6G網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，6G網(wǎng)絡(luò)新定義了數(shù)字孿生體，擴(kuò)展了全新空間?！皩印笔羌軜?gòu)邏輯視圖，自下而上包含資源與算力、路由與連接、服務(wù)化功能、開放使能“四層”。“面”是架構(gòu)的功能視圖，在經(jīng)典的控制面和用戶面基礎(chǔ)上，增加了數(shù)據(jù)面、智能面和安全面。

“在6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)上，我們也受到ChatGPT等計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最新發(fā)展的啟發(fā)，未來AI或者計(jì)算可能會(huì)成為一種新型的服務(wù)模式。6G不僅要傳輸‘富媒體’，還要更多地?fù)肀в?jì)算和各種各樣的算法。”特斯聯(lián)首席科學(xué)家、鵬城實(shí)驗(yàn)室兼聘研究員楊旸說。通過對阿里云最近幾年數(shù)據(jù)變化的研究，發(fā)現(xiàn)不同的服務(wù)享受到的CPU資源是不一樣的。未來6G網(wǎng)絡(luò)可能需要以運(yùn)行這些計(jì)算為核心，屆時(shí)我們?nèi)绾螒?yīng)對這種場景？

從高鐵的經(jīng)驗(yàn)來看，所有動(dòng)力都集中在火車頭是無法跑出高速的，計(jì)算資源都放在云上也是如此。未來，6G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)面對AI普惠的需求，如果要高效地響應(yīng)這些需求，就需要學(xué)習(xí)高鐵動(dòng)力的分布式放置方式，將計(jì)算資源分散，6G網(wǎng)絡(luò)將變得更加靈活和彈性。

毫米波技術(shù)支撐6G速率需求

無線通信頻率技術(shù)的發(fā)展是代際演進(jìn)中的技術(shù)核心。不同的代際，頻率技術(shù)會(huì)發(fā)生非常大的變化。被認(rèn)為是6G頻率的毫米波、太赫茲的技術(shù)進(jìn)展，自然成為6G研究的核心。

“6G是全頻使用，并不是完全太赫茲的問題，太赫茲提供了一種高精度定位、高精度成像、多功能、快速通信的可能性，但是未來6G覆蓋的面是從低頻到太赫茲范圍的全頻帶，這意味著提供了很多可能性?！?加拿大蒙特利爾大學(xué)教授、加拿大皇家科學(xué)院/工程院院士、IEEE MTT-S前主席吳柯表示，“目前6G是一個(gè)大雜燴：有多功能系統(tǒng)，有很多非通信領(lǐng)域的進(jìn)展，特別是跳出傳統(tǒng)的通信概念的那些進(jìn)展。”

吳柯認(rèn)為，現(xiàn)在太赫茲的發(fā)展受到電子學(xué)、光子學(xué)兩個(gè)方向的制約。從無線通信的接收端、發(fā)射端的設(shè)備來考慮，高集成度的硅基光電芯片、三五族半導(dǎo)體和硅基的共同集成，以及對新材料、新的集成構(gòu)架、新的封裝技術(shù)的探索是當(dāng)前業(yè)界討論的熱點(diǎn)。

令學(xué)者們著迷的是太赫茲能夠產(chǎn)生高密度模擬電路的狀態(tài)，相當(dāng)于可以產(chǎn)生非常小的電流電壓分布或等效電流電壓分布，多極化的電流電壓分布就意味著可以產(chǎn)生有可編程空間的波束狀態(tài)，所以發(fā)展到毫米波、太赫茲頻段以后，很多在低頻中不可能實(shí)現(xiàn)的事情，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)了?！斑@是很有趣的東西，正在發(fā)展之中，包括通信、感知到成像方面?！眳强抡f。

“未來的太赫茲基站還需要對高功率和高質(zhì)量的天線系統(tǒng)進(jìn)行管理，所以集成波導(dǎo)是非常重要的部分，意味著我們必須回過頭來考慮集成波導(dǎo)的發(fā)展?！眳强抡J(rèn)為，“從早期的矩形波導(dǎo)到今天多層疊加技術(shù)，幾乎都是圍繞著電流電壓定義在發(fā)展，但從今天到下一代發(fā)展，要引入‘場’的概念，非TEM模結(jié)構(gòu)會(huì)參與到集成電路中，這是最大的發(fā)展趨勢，也是非常重要的一個(gè)里程碑?！?/p>

在基片集成波導(dǎo)的各種各樣的IC設(shè)計(jì)中，目前最有名的設(shè)計(jì)就是在寬禁帶半導(dǎo)體上用基片集成波導(dǎo)來設(shè)計(jì)，在寬禁帶結(jié)構(gòu)上可以實(shí)現(xiàn)高功率。但基片集成波導(dǎo)帶來的損耗對毫米波、太赫茲設(shè)計(jì)來講還是高了一點(diǎn)兒。吳柯認(rèn)為，解決辦法是混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，將普通介質(zhì)波導(dǎo)和非輻射介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)合的混合金屬介質(zhì)波導(dǎo)構(gòu)架，可以把各自的優(yōu)勢結(jié)合在一起，用非輻射介質(zhì)波導(dǎo)做電路的核心部分，所有連接部分用介質(zhì)波導(dǎo)來做。

“這就意味著在未來IC設(shè)計(jì)中會(huì)有很多非TEM模的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，并且很多介質(zhì)波導(dǎo)會(huì)成為未來集成電路中重要的部分，這是非常重要的一個(gè)結(jié)果?！眳强抡f。

6G網(wǎng)絡(luò)提升對物的感知能力

6G會(huì)從移動(dòng)通信向移動(dòng)信息轉(zhuǎn)變，過去移動(dòng)通信是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，6G會(huì)轉(zhuǎn)向信息服務(wù)的全過程，包括感知、通信、存儲、計(jì)算、處理服務(wù)。因此在6G的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，“通感算”新型架構(gòu)成為一個(gè)非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)性架構(gòu)，通感一體化也成為在學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界非常熱的技術(shù)。

“通過通信技術(shù)與感知技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)與感知網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，從而提供更好的、更智能的服務(wù)?！敝袊ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)理事長聞庫表示，“今年2月份的數(shù)據(jù)顯示，物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)用戶數(shù)又增加了6000多萬，達(dá)到19億，所占比例大大超過手持終端。從移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)角度來看，通感網(wǎng)絡(luò)是利用移動(dòng)通信設(shè)施感知未來物理世界的一個(gè)新的重要方案?！?/p>

“通感算融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該具有多要素深度融合、多頻段協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)協(xié)作三大特征。”中國科學(xué)院院士尹浩認(rèn)為，“當(dāng)前，通算、感算、通感兩兩結(jié)合已證明可行，為滿足6G業(yè)務(wù)新需求，需要通感算三者進(jìn)一步深度融合?！?/p>

首先是通算融合，促進(jìn)感知維度的拓展。通信功能支撐感知信息交互與匯聚，實(shí)時(shí)共享的算力來支撐多樣化感知數(shù)據(jù)的融合處理，通與算相互結(jié)合，拓展了感知維度和深度。其次是感算融合，促進(jìn)通信性能的顯著提升。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過感知獲取豐富的環(huán)境信息，并借助網(wǎng)絡(luò)算力完成對環(huán)境的重構(gòu)、信道估計(jì)等過程，讓網(wǎng)絡(luò)對移動(dòng)通信環(huán)境具有一定的先驗(yàn)認(rèn)知。最后要實(shí)現(xiàn)通感融合，促進(jìn)算力的泛在化。

“在通感算多頻點(diǎn)協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)中，10GHz以下的頻段可主要用于粗粒度廣范圍的信息探測，為高頻段提供初級感知信息及通信可靠性保障?！币普f，“在毫米波、可見光、太赫茲等頻段，基于低頻段的控制信息按需開啟，并基于初級感知信息快速提供高精度感知能力及高速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)?！?/p>

“中興通訊作為一個(gè)設(shè)備商很早就投入通感相關(guān)研究，我們的原型機(jī)已經(jīng)做了兩代?！敝信d首席科學(xué)家向際鷹表示，“現(xiàn)在的基站也不是一點(diǎn)兒通感能力都沒有，例如可以定位，但是也有很多缺陷，在空口資源、算力資源及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上都有缺陷?！?/p>

有利的條件是5G本身有大規(guī)模天線技術(shù)基礎(chǔ)，大規(guī)模天線對于感知是非常友好的，而且高性能芯片也更多了，因?yàn)?G本身要求的算力密度非常高，計(jì)算強(qiáng)度非常大，95%的計(jì)算都在芯片中。因此6G的通感算有實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。面對通感算方向，向際鷹認(rèn)為AI在其中會(huì)發(fā)揮很重要的作用：“我們經(jīng)過原型機(jī)的制作發(fā)現(xiàn)，在感知領(lǐng)域如果沒有AI的話可能根本玩不轉(zhuǎn)。”

6G技術(shù)遴選的窗口期將有多長也是專家談?wù)摰慕裹c(diǎn)。目前有兩種聲音，一種認(rèn)為要盡快凝聚行業(yè)共識，推動(dòng)形成全球相對一致的6G標(biāo)準(zhǔn)；而另一種聲音認(rèn)為，不要過早做關(guān)鍵技術(shù)的收斂，要讓更多的可能技術(shù)進(jìn)入選擇圈，在更大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上再進(jìn)行收斂。