多视角点绘6G蓝图
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信息技术革新推动着社会经济加速发展。预计到 2030 年，大量的独立智能体和虚拟空间将逐渐成为人类生活和生产的要素。智能体与人以及智能体之间的交互协作，虚拟空间之间以及与物理空间之间的交互融合，将对移动通信网络提出更高速率、更确定性时延、更高定位精度、更强大计算能力和更强智能等诸多挑战性需求。日益增长的信息处理需求推动着 5G 进一步演进。全球目光开始聚焦 6G。
随着 ICT 加速融合和 AI 加速渗透，移动通信网络将向着信息、通信、大数据（智能）一体化（ICDT）的方向发展。ICDT 融合将全面重定义 6G 技术体系，网络结构与功能全维可定义，支持内生智能和内生安全，实现需求与虚拟化资源的精确匹配。6G 将具备强通信、强计算和强 AI 三大能力，提供“流量”、|“算 力”和“智能”服务，实现从信息传递服务到信息处理服务的全面升级。
6G 设计要坚持计算通信一体化、技术情境化和网络内生智能化。因此，要研究突破或扩展通信、计算和控制等基础理论，围绕无线通信关键核心技术创新，带动芯片、器件和基础软件的同步跟进。同时关注跨领域新机遇，从新材料、新能源、生物信息、空间信息和先进计算等新途径寻求突破，解决通信性能和成本瓶颈等问题，扩展通信边界。此外，还要从经济学、法律、伦理和心理学等交叉领域，评估6G 可能面对的经济学问题，虚拟空间权益、智能体道德伦理等非技术难题，从技术角度提出可能的解决预案。相信通过 6G 多领域的融合创新，一定可以实现“时空无限，智由智在”的总体愿景。
信息技术发展日新月异。物联网加速渗透、5G 加速商用和人工智能（AI）加速成熟，正带动社会经济向数字化、网络化和智能化加速发展。人类社会开始从物理世界向虚拟世界延伸，智能体将大量出现，信息服务、信息产品和信息消费将升级成新格局，生活生产方式面临重构。未来社会经济发展的最大矛盾将是日益增长的信息处理需求与有限的处理能力之间的矛盾。
因此，随着 5G 进入商用，全球迅速将目光转向 6G。研究 6G 充分体现了人类一贯的对自身科技能力极限的好奇心，憧憬未来的想象力，以及科技竞争的压力。
2019 年 3 月，全球首届 6G 大会在芬兰举行。10 月，首份 6G 白皮书发布。11 月，中国政府正式宣布启动 6G 研究。这些充分说明 6G 概念已得到全球认可，6G 作为进一步提升人类信息处理能力的途径获得肯定。然而，对于 6G 内涵、技术趋势与特征的讨论，还处于百花齐放阶段，远没有达到基本共识。移动通信在十年一代的发展过程中，不断注入新概念，内涵不断扩大。当前，信息技术跨领域发展趋势越发显著，使得探讨 6G 内涵的维度和视角同样扩大，难以收敛。6G 创新面临诸多问题，如经济学基础问题、关键科学问题、业务场景与能力愿景、核心技术特征、跨领域融合等，需要学界和业界协同探究。
为了更好的推进 6G 创新工作，本白皮书从基本概念出发，多视角探讨 6G创新思路，尝试为读者梳理出 6G 技术体系、业务体系和生态体系。
移动通信网络发展趋势
信息技术发展趋势更加深刻理解和改造物理世界是信息技术发展的内在驱动力。5G、物联网、大数据、云计算等当前主流商用技术，正促进传统产业结构的全面升级，推动社会经济数字化和网络化进程。大量技术趋势分析尤其是 Gartner 公司近 5 年的技术成熟度曲线[2]表明，数字虚拟化和智能化成为新兴信息技术发展的主流趋势，正推动人类社会从物理世界向虚拟世界延伸，将催生大量的智能体和虚拟空间。智能体是指具备感知、推理、决策和执行闭环能力的独立物理实体或虚拟系统，包括无人机、无人车、机器人、虚拟助理等等。智能体的出现，将极大扩展人类的体力和智力等基本能力，提升劳动效率，推动信息社会向智能社会的升级。
未来，大量的智能体具有联网需求，形成智能体互联网络，本文称之为智联网。当前 AI 技术与物联网技术的融合，正形成智联网的初级形态。智联网设备具备闭环感知决策执行能力，可实现人与智能体，以及智能体之间的互联、交互和协作。虚拟空间是通过多种信息处理手段对物理空间进行时空维度的镜像、模拟或重构获得的数字空间，可与物理空间融合互动，包括虚拟现实、混合现实、全息/立体显示、智能空间、数字孪生系统等等。
虚拟空间的增加，将帮助人类摆脱物理空间的约束，极大扩展人类的精神空间，推动社会结构的多元化发展。AI 技术与虚拟空间技术的融合，带来了智能空间形态，包括智能办公空间、智能生活空间和智能公共空间。这种空间形态基于信息物理系统和人机接口技术，实现虚拟空间与物理空间的深度融合，将深刻改变人类的生活与生产方式。
表 2.1 信息技术发展趋势（基于 Gartner 技术成熟度曲线）
移动通信网络发展趋势
通信是通过某种方法和媒介进行信息传递的行为，通信网络则是由若干网络节点依据一定网络结构联结构成的具有通信功能的系统。移动通信网络的发展，就是不断扩展媒介（新频谱资源和光纤资源）、更新升级传输和接入方法、重构网络结构和节点功能，提升移动环境下通信能力的过程。网络结构（网络拓扑）表征网络节点间相互连接关系，网络节点是指具有独立功能的实体单元，如接入功能、转发功能、传输功能、控制功能和计算功能等等。移动通信网络的发展呈现代际跃迁的显著特征。
如图 2.1 所示，从 2G 到 5G，每代移动通信都可以从技术体系和业务体系两个维度进行界定。首先，技术体系从通信技术（CT）领域内部演进，转向信息通信技术（ICT）融合领域发展，技术范畴不断扩大。5G 设计充分展现了 ICT 融合的技术特征。文献[2]全面讨论了6G 技术趋势与关键技术。其次，业务体系基本是从语音/短信、多媒体业务、移动互联网业务到物联网业务的演进，业务领域不断延伸扩展。5G 新的业务能力便是支持垂直业务，为传统产业结构性升级提供了新动能。
图 2.1 移动通信网络演进趋势
5G 已经进入商用部署阶段，但面临着高度复杂的异构业务需求和网络运维环境，资源效率难以保证，需要进一步升级。更重要的是，信息技术的整体发展与革新，正推动着 5G 的进一步演进。从技术体系角度看，如图 2.2 所示，两种技术趋势正推动着 5G 进一步演进：一是 ICT 加速融合；二是 AI 加速渗透。这两种技术趋势进一步融合，向着通信计算一体化方向发展，形成了通信、计算、智能（大数据）和控制深度融合的新概念，即 ICDT 融合技术。ICDT 技术融合了通信与 AI 技术，将成为 6G 技术体系的核心，使 6G 具备行为自学习、规模自适应和功能自演进能力，实现智能网络。从业务体系角度看，如 2.1 节趋势分析，6G 业务体系将重点支持智能体互联与协作（智联网）业务、虚拟空间与物理空间的融合互动业务，从而增强人类的体能与智能水平，扩展人类的活动空间。
图 2.2 5G 向 6G 演进技术驱动力
综上，6G 核心能力已由信息传递向端到端信息处理扩展，涉及信息获取、处理、传输、存储、再现、安全和利用等，内涵扩大，因此可称为移动信息网络或移动网络。这是通信计算一体化的趋势和结果，使得 6G 成为一种通用技术和新一代信息基础设施的核心，催生更多信息服务，促进信息消费升级，为数字经济的发展提供更强大信息处理能力与设施保障。
3. 6G 设计总体思路
5G 设计思路回顾
5G 设计理念
5G 设计之初明确提出了“绿色、柔性、开放”的设计理念[3][4]：
绿色：5G 设计了标准化的节能技术，支持基站集中化、虚拟化和云化部署，实现网络效率的优化；
柔性：5G 引入了软件定义网络和网络功能虚拟化概念，结合云原生和微服务等 IT 概念，同时支持软件定义空口功能，实现网络资源的灵活管理与效率最大化；
开放：5G 支持网络能力开放和接口开放，在产品形态上支持开源软件和开放硬件，实现网络部署的灵活升级与成本最小化。5G 标准化后期，“智能”被确定为设计理念之一，支持网络运维的智能化。但 5G 智能化属于增强型设计，不是原生设计。
5G 设计要素
1）技术场景化5G 定义了业务需求三角模型，即增强移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（URLLC）和海量机器通信（mMTC）三个典型业务场景，以便根据业务分类特性对 5G 进行差异化技术设计，同时保持技术的统一性。技术场景化推动 5G业务从 2C 业务向 2B 业务（垂直业务）延伸，催生多种新业态和新服务，如车联网业务和工业互联网业务。网络切片和边缘计算是支持场景化的关键技术。
2）功能虚拟化5G 引入了软件定义网络和网络功能虚拟化概念，通过微服务架构，实现核心网功能重构和虚拟化，从而为网络切片奠定基础。网络切片是支持业务场景化服务的关键手段，其中切片分类策略和切片模板被重点设计。5G 以全生命周期的形式对虚拟化功能和网络切片通过编排和管理。
6G 设计总体思路6G 设计应充分考虑未来社会经济发展总体需求、信息领域整体发展趋势以及 5G 商用面临的痛点与升级需求。具体地，如图 3.1 所示，应以智联网和虚实融合需求为牵引，以 ICDT 融合为技术主线，兼顾新能源、新材料、生物信息、经济学和社会学等跨领域新机遇，以多领域视角构思 6G。
图 3.1 6G 设计思路框架
在核心领域，应重点寻求无线通信新维度扩展香农限，研究无线通信新频谱，提升传输速率，构建新空口体系。在融合领域，应重点探索 ICDT 融合基础理论，解决通信、计算、存储一体化科学问题，构建通信+AI 的新架构，研究新算力，提出新算法。
在跨学科领域，从经济学角度探索 6G 潜在的影响力及催生的经济新范式和新业态，从社会学角度探索 6G 带来的社会价值并分析法律伦理道德等问题，从生物学角度分析 6G 对改善人类生命质量的价值，生物仿生学对 6G 设计提供的参考价值，研究人机新接口。在基础领域，充分评估 6G 设计方案对器件、芯片、操作系统的需求，相关产业自身成熟度。新材料和新能源既是跨领域，又是基础领域，可重点关注。
6G 研发所考虑的社会发展总体需求，除了业务体量和质量之外，还包括社会可持续发展需求，支撑“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念。因此从生态角度看，6G 研发必须多领域构建技术架构，多领域聚合人才，类似经济学专家、社会学专家和法律专家等都需下沉到 6G 技术研发团队中。
4. 6G 设计愿景与要素
6G 设计愿景 6G 设计愿景是“时空无限，智由智在”。突破物理时空限制是人类不懈的追求。6G 将支持更深刻地感知和理解包括人类自身在内的物理世界，帮助构建虚拟世界，使能智能体互联，从而增强人类体能和智能水平，扩展人类活动空间，实现人类追求自由的梦想。
图 4.1 6G 设计愿景框架
6G 场景与需求
虚实空间融合互动 物理世界与虚拟世界融合互动是人类改造物理世界的新尝试。图 4.2 给出了虚实融合的业务需求模型，包括物理空间中的传统业务、虚实互动业务以及独立于物理空间的虚拟空间业务。传统业务是指满足了物理空间中个人基本通信需求的 2G 到 5G 业务，虚实互动业务包括智能空间、数字孪生、自动驾驶、混合现实等业务，虚拟空间业务包括虚拟现实、全息显示以及虚拟 X 业务（参见 4.2.2节）。5G 三大业务场景中，eMBB 典型业务是云 VR 业务，开启了虚拟空间业务的序幕。
图 4.2 虚实融合互动业务模型
虚实融合互动需要极高的实时感知和理解物理空间的能力，以及对物理世界镜像和重构的能力。5G 中的 mMTC 和 URLLC 增强了人们对物理世界的感知和控制能力，例如自动驾驶和工业控制（工业物联网）等。借助信息物理系统（CPS）、人机接口、自动控制以及其他相关技术，智能空间和数字孪生为人们提供了改造物理空间的新手段。
因此，虚实融合互动需要 6G 在信息获取、处理、传输、存储、再现、安全、利用，以及数据计算和控制理论等方面开展系统深入的研究，建立计算、通信、控制深度融合的信息处理新理论和技术体系，解决对物理世界的实时感知、计算、传输、镜像和显示问题。特别强调，虚实融合互动需要物理空间与虚拟空间关键参数保持一致的时空结构，这对 6G 无线接入和传输提出了超高精度的定时和定位要求。
同时，对物理空间超大维度的实时感知，产生了海量的异构数据，需要更高的传输带宽。6G需要被设计成支持多维信息确定性传输的大容量网络。
智能体交互协作智能体概念属于 AI 范畴，目前没有统一定义。广义上，任何能够与环境交互并独立推理决策的实体都可以抽象为智能体。本文中，智能体是指具备感知、推理、决策和执行能力的独立实体，既可以是物理实体，也可以是虚拟系统，包括无人机、无人车、机器人、虚拟助理等等。
图 4.3 给出了智能体交互协作业务模型，包括以人为中心的传统业务，以智能体为主的无人 X 业务、虚拟 X 业务，以及人与智能体交互的各类智能业务。这里，传统业务是满足人类基本通信需求的 2G 到 5G 业务，无人 X 业务是由智能体独立运作的零干预业务，是自动化任务的智能升级，包括无人物流、无人仓储、无人车间、无人农田、无人运维系统等生产型业务场景，通常需要无人机、无人车、机器人、监控系统、交通管理系统等智能体的联动。虚拟 X 业务是指智能体为人们提供虚拟角色服务的智能业务，例如虚拟助理、虚拟服务员、虚拟教师、虚拟医生、虚拟导游等，以及由此产生的无人商店/酒店/餐厅、虚拟/无人医院、虚拟教室等场景。
图 4.3 智能体交互协作业务模型
智能体交互需要定义交互接口。人与智能体之间的接口，在沿用现有人机接口技术基础上，需要开发自然交互和脑机接口。智能体之间的交互通常采用支持知识传递的通信语言，除了基于语法通信的传统信息论外，还需要引入支持语义理解的语义信息论。
智能体交互的目的是协调彼此行为。由于智能体与人一样，具有独立感知决策能力，是开放系统，在动态环境中，协调过程和协调结果存在不确定性、多样性和复杂性。这就要求 6G 架构与流程设计，融合自然科学与社会科学，支持从牛顿体系转向默顿体系，保证通信过程中语法信息的可靠性、及时性和有序性，语义的可理解与可接受，实现预期的协调结果。人与智能体的自然交互最终实现人类体能与智能的扩展。
基于以上业务需求，6G 网络将提供“通信服务”、“计算服务”和“智能服务”三位一体的全业务服务。通信服务是指传统管道类的信息传递服务。计算服务是指基于云计算、边缘计算和新型算力平台的信息处理服务，包括数据分析与数据存储。智能服务是基于通信服务和计算服务提供的 AI 服务和产品。简单来说，6G 将为用户提供“流量”、“算力”和“智能”三大套餐。
6G 能力愿景为了满足 4.2 节讨论的业务需求，6G 设计总体能力愿景是：基于 ICDT 技术体系实现网络全维可定义，具有超大接入容量、超高传输速率和超高性能算力，支持内生安全和内生智能，提供全频谱、全覆盖、全业务的运营能力。
6G 基础能力6G 基础能力是 6G 设计的重点，包括：传输能力、定位能力、覆盖能力。
1）传输能力6G 预期达到 Tbps 级别无线传输速率，Pbps 级别有线传输速率，支持 1ms以下传输时延，多参数相对固定时序的确定性时延，支持单位立方米百级别的连接数量。
2）定位能力定位能力是指 6G 对一个或多个目标进行三维位置测定与跟踪的功能及相应精度。6G 预期提供高精度定位能力，保障虚实空间融合结构的一致性。6G 定位在智能空间、混合现实等一般场景中需要厘米级精度，在精密制造、精细手术等关键现场级场景中可能需要毫米级精度。
3）覆盖能力
6G 预期提供广域立体覆盖能力，帮助人类扩展物理活动空间。通过空天地一体化设计和水下无线通信等丰富的连接技术，实现天空、边远、远洋、水下等多种场景的泛在连接。6G 预期支持目标区域和目标用户的动态覆盖能力，通过覆盖的伸缩，满足动态的业务覆盖需求和节能需求。
6G 计算能力
6G 计算能力是指网络处理信息与数据的运算速度和效率，取决于计算架构、资源与模式。计算资源包括处理器和存储器等资源。传统移动通信网络计算资源主要指完成信息传递所需的所有计算与存储需求，面向网络自身运行，与网络运营能力（传输与覆盖）对等，与网络节点功能紧耦合，效率不高。数字化、信息化催生了云计算，5G 带来了边缘计算，物联网催生了雾计算，AI 形成了海计算等计算模式概念。随着连接带宽的增加，各种计算模式将越来越模糊。
6G 计算涉及信息获取、处理、传输、存储、再现、安全、利用等全链条，除了传统 CPU等算力外，还需要 AI 芯片、GPU、NPU 以及其他 XPU 等新算力及其组合。多种计算架构并存是 6G 计算的发展趋势。保障高性能的同时，低功耗同样是 6G计算设计的重要准则。
6G AI 能力6G AI 能力是指 6G 内生智能化功能、提供 AI 产品与服务的功能及相应智能等级。6G 内生智能是指通过引入“通信知识+大数据”双驱动的 AI 技术，将 AI架构、算法和流程与通信架构、网络节点功能与流程联合设计，实现规模自适应、行为自学习和功能自演进的智能网络。智能网络具有与人、智能体和业务的感知交互能力，提供标准化数据集、算法模型和算力。
6G 安全能力网络规模扩大和 AI 技术普及，为 6G 安全问题带来新冲击。6G 将具备内生安全能力。内生安全从被动防御，向主动防御与预测危险相融合方向发展。通过多标识（ID）路由技术、可信计算技术、可信区块链技术、量子保密通信技术等，解决虚实融合、智能体互联情况下的信息基础设施与网络空间安全。
6G 设计要素6G 网络组成要素是资源和功能。如图 4.4 所示，6G 设计的出发点是网络资源及功能的全局虚拟化，目标是实现情境化业务需求到网络功能的精确映射，进而到网络资源的精确匹配。
资源虚拟化是 6G 设计的根本，是实现 6G“绿色、开放、共享”理念的前提条件。在 5G 计算资源虚拟化的基础上，应进一步向器件、能源、材料等基础设施资源的可重构、可再生、可集约方向发展。功能虚拟化是 6G 设计的关键，在 5G 网络功能虚拟化（NFV）基础上，应进一步向网络节点通信-计算-存储一体化融合、网络架构云-网-端一体化融合方向发展。
图 4.4 6G 设计架构
ICDT 融合6G 设计首要核心要素是利用虚拟化技术支持 ICDT 融合。ICDT 融合将重构6G 包括空口、协议栈、安全、标识（路由寻址）和 AI（大数据分析）在内的多个技术体系，形成 ICDT 技术体系。
ICDT 技术在空口方面，重点关注空中计算、端网计算均衡、空口 AI 等设计；在协议栈方面，关注分布式计算架构、AI 分层能力架构与网络架构融合的协议支持；在 AI 方面，支持通信流程与控制流程的融合，通过大数据分析与 AI算法，提供各类决策与策略；在安全方面，需要融合移动通信网络安全体系与计算机安全体系，探索多种安全技术路径，包括研究可信区块链技术，探索共识算法和智能合约机制，量子保密通信和抗量子安全算法，基于不可信设备构建可信系统技术，AI 安全算法和安全应用方案，基于可搜索加密、函数加密、同态加密、多方计算等密码技术的数据安全、共享和协作机制，轻量级认证、生物特征认证和 ID 认证等新算法，以及物理层安全技术。
ICDT 通过集中化的网络功能编排和全生命周期管理，实现全网的流量均衡、算力均衡和能耗均衡。
技术情境化4G 网络面向业务设计，重点保证业务的 QoS。5G 网络面向场景设计，保障差异化 KPI 需求。6G 设计将面向情境设计，保证业务的情感体验。所谓业务情境，用于表征用户动态的多种业务组合的业务环境以及用户的核心情感，具有明确的主题，如工作、学习、危险、安全、驾驶、休息、旅行、生病等等，每个主题包括一组不同的网络能力组合，包括基础能力、计算能力和 AI 能力。
图 4.5 情境化业务
业务情境化是虚实空间融合和智能体互联的必然趋势。情境化业务融入更多的人类情感意识，增加了业务的动态性和不确定性。因此 6G 设计需要支持业务感知能力、情感识别跟踪与预测能力。
网络内生智能化计算通信一体化，为移动通信与 AI 的深度融合创造了条件。网络内生智能是指网络具有自适应、自学习和自演进的内生能力。网络架构将融入 AI 能力架构重构，在网络控制面、数据面和管理面基础上，形成 AI 智能面。该智能面具备完全的管理面功能，支撑控制面和数据面的智能化，以及管理面与控制面的一体化发展。智能面可以为控制面的移动性管理、会话管理、计费等提供策略建议，也可以为数据面提供接入、传输和转发策略建议。
如图 4.6 所示，AI 智能面架构包括中心 AI 节点和分布式 AI 节点。中心 AI负责全域的资源管理、功能管理、业务管理和用户管理。中心 AI 收集各相关子域的大数据，感知全域的用户行为和业务流量特征，对所需的网络拓扑和网络功能进行推理，形成全域资源分配决策，并下发到分布式 AI 节点。
图 4.6 6G 智能面（内生智能）架构
分布式 AI 节点根据所在子域网络状态的感知，结合中心 AI 的决策，对本地资源和功能进行调整优化。分布式 AI 节点包括本地节点、边缘节点和端节点。分布式 AI 之间可以直接沟通，进行协同感知决策，也可以通过向中心 AI 上报AI 模型，由中心 AI 进行模型优化和融合，实现分布式 AI 协同决策。
设计挑战
6G 设计首先需要解决面临的科学问题和理论难题，包括：
1) 计算通信一体化基础理论，包括
网络节点的计算、通信、存储一体化设计 网络端到端的云、网、端一体化设计
网络端到端的通信、计算、控制一体化设计
2) 扩展和突破经典信息论，包括
从点对点香农信息论到网络信息论
以网络资源为约束的端到端容量表达
从基于语法的信息论到语义信息论
首先，上述两类问题是在 6G 设计中是紧密相关的，总体目的是解决需求到资源的最优映射问题。无论从工程实践还是基础理论出发进行求解，都需要保证资源的充分流动性。资源虚拟化是实现资源流动性的技术途径。因此，6G 所有问题的归集，就是如何设计一个全维可定义网络的问题。通过在需求到资源映射问题中引入功能层，将该问题分解为需求到功能映射，功能到资源映射两个子问题。这里网络功能软件可定义。具体到工程实践中，两种途径求解映射关系。一种通过通信基础理论和知识进行推导映射，称之为人类智能（HI）方法。另一种是通过 AI 技术，基于大数据优化映射方法。AI 在 HI 无法回答的问题上，例如网络容量边界，尤其是以计算资源、存储资源和通信资源为约束的网络容量边界问题上，可以通过各种优化算法探寻边界，有可能为理论边界推导提供参考。
6G 跨领域参考设计中国已正式启动 5G 商用。但 5G 还面临着诸如垂直行业壁垒、相关业务法律法规缺失、AI 伦理风险和材料相关的高能耗高成本等跨领域瓶颈问题。鉴于此，针对 6G 挑战性需求和技术难题，需要跨学科领域融合，探寻新机遇新方案，尝试新方向突破。
如图 5.1 所示，在社会与经济领域，重点关注 6G ICDT 技术体系对经济学基础理论的挑战，关注 6G 创新面临的法律法规、伦理、社会心理等问题。在垂直领域，充分理解吸收垂直行业全流程知识，做到共生设计。在材料与能源领域，寻求助力移动通信性能突破的二维材料、超材料及其他新材料和可再生可增加续航能力的能源技术。在生物信息领域，寻求移动通信新边际。
社会与经济6G 创新具备经济学基础。移动通信创新对社会经济发展具有巨大的影响力。一是推动社会结构优化，完善社会治理体系，带来社会效益；二是推动经济结构转型升级，形成经济新范式，带来经济效益。据预测，2020 至 2025 年 5G 商用直接带动经济总产出达到 10.6 万亿元，间接拉动的经济总产出约 24.8 万亿元[5]。从技术创新自身角度来看，技术研发能力大于产业化能力，是技术进化的机理。
6G 创新是技术进化的自然过程，其带来的社会与经济价值体现在两方面：一是6G 技术内涵与生态扩大，由传递信息扩展到信息处理全流程，进而推动信息产业自身发展，带动关联产业升级。二是 6G 支撑的虚拟空间和智能体将成为人类生活生产的要素之一，冲击以企业为核心的组织架构，重构社会经济运行中的各方主体关系和运行模式，扩大数字经济范畴和虚拟社会空间。
另一方面，社会经济发展的不平衡，对移动通信创新与应用产生不同程度的制约。首先，6G 创新扩展了经济学研究范畴，对基础理论提出新挑战。6G 经济将向着充分的“开放、共享”经济方向发展，需要新的理论和实践创新，反过来推动 6G 的发展。同样，6G 创新将催生新的社会文化，需要解决与传统文化的对接问题。
法律与伦理虚拟空间和智能体带来社会与生活方式变革的同时，也带来了诸多法律与伦理道德问题。虚拟空间的主权和权益、数字资产的隐私与权益保护，智能体的法律定位等问题，最终都将对无人 X 业务和虚拟 X 业务等运营带来法律风险。
同样，6G 运营如果支持在大数据、人工智能和人类增强等方面改变或增强人类基本能力，有可能在国内和国际导致道德争议。同样，智能体互联对于人类能力增强也带来伦理问题。在可能涉及伦理问题的知识产权保护方面，应以道德优先还是效率优先，需要产权制度设计的重新思考。数字鸿沟尚且存在，如果无法保证对 6G 计算能力和 AI 能力的公平分配，可能加剧社会不公平。这更需要法律之上的顶层设计。总之，6G 创新必须加入道德、伦理与法律约束，保证技术愿景与道德价值统一，商业运营与伦理规范相容。同样也需要法律框架的升级，增加更多包容性与弹性，支持 6G 业务创新。
社会与个人心理传统网络空间扩展了人类的心理体验空间，但没有改变人类在物理空间中的心理基本面。而智能体和虚拟空间将重构人类的活动空间，极大冲击人类的心理感受，对个体心理与社会心理将产生深刻影响。6G 将重构网络空间，形成虚实融合的社会组织、个体/群体虚实互动的交往结构，产生虚实结合的社会行为、习惯、风俗和文化，由此带来新的心理学问题。预测了解 6G 网络空间中社会与个人的心理特征，创新社会心理学基础理论，目标是确保 6G 创新向善，营造健康的社会心态。
垂直行业5G 正通过公网切片、专网、边缘计算等多种部署方式支持垂直行业应用，在促进产业转型升级上被寄予厚望。但 5G 网络架构与流程设计仅考虑了垂直需求，没有与垂直领域生产或运作流程融合设计。垂直行业巨大的差异化场景与需求对 5G 应用造成挑战。鉴于此，6G 设计要充分吸收垂直领域知识，做到与垂直行业流程全生命周期融合。
垂直领域知识5G 垂直应用没有充分考虑垂直领域知识。为了支持垂直应用的智能化，6G AI 能力设计在引入垂直领域的大数据基础上，必然考虑纳入通信知识与垂直领域知识。垂直领域知识主要指本领域核心基础学科理论与通用技术，具备普适性和可移植性，例如控制论基础、离散制造和流程制造等工程学基础理论、医学基础理论、汽车动力学理论、电力制造传输与存储技术等。构建垂直领域知识图谱，既是了解垂直领域基础学科发展规律、前沿方向和垂直产业趋势的有效手段，也是 6G 增强垂直应用的途径。
全生命周期流程6G 是全维可定义网络，对垂直应用所需的功能和协议可软件定义。软件定义垂直应用功能是一种融合垂直行业的生产流程或运作流程的设计架构，具有快速标准化定制与验证能力，支持全生命周期管理，匹配垂直需求的快速更迭。6G垂直应用功能设计应尽量考虑垂直行业流程的共性需求，保持技术的统一性。差异化需求通过动态的局部功能修改实现。
生物信息虚实融合、智能互联的核心是人。以人为中心的 6G 设计，需要充分考虑生物领域中人类自身的需求和突破机遇。智能人机接口和人体增强是 6G 生物融合两个重要的切入点。
智能人机接口智能人机接口是 6G 实现人与虚拟空间以及智能体的自然和谐交互的关键。目前，语音、手势、表情等常规人机交互手段已在生活中以智能手机为代表得到普及，但与自然交互还有距离。自然交互需要接口高度的智能化，可以准确理解用户意图，并以用户可理解的方式应答。因此，智能接口需要具备极强的认知能力、推理能力和决策能力，具有丰富的用户知识和应用领域知识，具有多维交互方式和不同系统不同用户不同场景的适应性。人类存在很多不可预见的需求，智能接口必须具有识别新需求，满足新需求的应变能力。
受限于人类感官表达的局限性，自然交互的效率并不高。脑机接口直接通过大脑思维活动的信号与目标交互，超越了基于感官的自然交互效率。脑机接口是人类意识延伸到虚拟空间的最佳方式，是人类意识输出与知识输入的双向通道。因此 6G 需要考虑将脑机接口纳入到体系设计中。
人体增强人体增强指通过生物信息等交叉领域技术，健全、增强或延伸人体功能，提升生命质量。广义的人体增强包含与智能体的交互，狭义的人体增强仅以人体为目标，在 6G 范畴通过体域网实现。6G 体域网通过人体生理参数以及 DNA 信息的多维收集和分析，获知人体缺陷和预测病变，同时，通过机电设备与躯体的结合，实现外在功能增强。
新材料与新能源移动通信能力瓶颈的突破，已经开始从无线通信技术领域向无线通信关键器件以及新材料领域扩展。因此，6G 设计，需要认识新能源新材料在 ICT 领域引发的新概念、新性质和新效应，探索对 6G 技术与设备/关键器件性能（如形态、功耗、散热与尺寸等）带来的价值。
图 5.2 新材料新能源 ICT 应用图谱
图 5.2 给出了新能源新材料在 6G 设计中可能的应用图谱，新材料和新能源的应用，促进电池、器件和天线的革新，由此为 6G 带来新型基站/终端形态和能力，以及可见光、太赫兹、数能一体化等新空口技术。
新材料应用技术目前，在 ICT 领域广泛应用的新材料有纳米材料（如石墨烯）、复合材料和超材料。石墨烯具有优异的导热性能、力学性能、光学性能、极高的载流子迁移率（光速的 1/300）以及独特的能带结构。高分子材料是一种优良基材，可通过改善其微观结构和支链，与纳米材料形成复合材料，以便更好应用到导热和导电等众多场景。超材料则是另一种具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。新材料在通信领域具有巨大的应用潜力，可关注如下细分方向： 复合新材料散热：研究基于石墨烯的高导热材料（更高效热传导界面材料，更高效热辐射涂覆材料），复合新材料散热借助优异热学特性，革新通信散热方案，解决通信设备高功耗、高散热成本问题；
新天线：基于超材料的大规模天线设计；基于液态金属等材料天线设计；
新终端：基于石墨烯的柔性屏（柔性电子器件）技术。石墨烯具有 2.3%的极低垂直吸光率、极高的力学性能和单原子层的薄度，有望取代 ITO实现柔性屏；
新器件：基于石墨烯光电特性在毫米波/光通信/太赫兹通信器件中的应用机理和技术。在光通信中，如何超越硅微电子的速度障碍，以及如何实现小尺寸的光学增益等问题都需要结合新材料去解决。石墨烯超高的载流子迁移率、导带和价带在布里渊区边缘 K 和 K'点周围具有对称的圆锥形状及在“狄拉克点”处彼此接触的能带结构，使石墨烯能够应用于超快光学器件中，实现基于石墨烯的光通信链路。另外，石墨烯中电子和空穴具有零带隙的线性色散关系，导致其具有无质量相对论费米子和负动态电导率等特殊特征，结合特殊的能带结构，可用于开发高性能太赫兹器件，包括太赫兹光电探测器/光电晶体管、等离子体太赫兹振荡器、快速太赫兹调制器、太赫兹谐波倍频器、混频器和激光器等。
新能源应用技术能耗、能源供给与设备续航一直是移动通信发展面临的痛点。5G 新空口尤其是大规模天线技术增加了基站与终端功耗，带来了成本压力。同时，VR 等大视频终端、无人机/无人车/机器人/智能微尘等移动智能体、智能传感器等设备对电池和续航能力提出了更高要求。6G 设计，需要新能源和新电池技术的突破，解决续航和能耗问题，可关注如下重点方向：
新电池：研究硅阳极电池、基于石墨烯电池、超低自放电率/超长寿命电池、远距离无线充电等技术，解决无人机、无人车、机器人以及异构智能物联设备的供电与续航难题；
新能源：研究轻型新能源（自）采集与存储技术，并通过智能电网进行能量共享，解决个人终端、边远基站、小基站供电问题；
无线传输传能一体化技术。
空间信息空间通信是以航天器为对象的无线电通信方式，具有广域甚至全球覆盖的显著优势。而陆地移动通信受限于技术能力以及基站建设与维护成本等限制，目前仅覆盖 20%陆地表面和 5%全球表面。传统空间通信主要用于军事、气象监测、勘探等，与陆地通信独立发展。因此，在 5G 增强设计时考虑将移动网络向空间领域拓展，实现 5G 与非地面网络（NTN）融合，扩展通信覆盖广度和深度，形成立体全覆盖网络。
NTN 可以覆盖天空、远洋、海岛、沙漠、森林等地面基站无法到达的边远地区，提供应急、反恐、航空等基础通信与普遍通信业务，提供优越的广播/多播能力。NTN 传输模式分为两种，透明传输和星上再生，前者卫星只完成放大转发功能，后者卫星具有部分或全部基站功能，可实现信号的再生传输。
在 NTN 解决卫星通信与移动通信的互联互通问题的基础上，6G 可构建空天地一体化网络，进一步解决轨道与频谱资源管理问题及不同卫星间的星链问题等，逐步实现业务集成、方案集成和系统集成，对应满足互联互通、接入/传输/交换一体化和架构一体化技术需求。
传统卫星通信主要集中在高轨 GEO 及中轨 MEO 卫星，因造价低、发射简单等原因，未来低轨 LEO 卫星将呈爆炸性增长，也会带来新的突破性技术和商业模式。因此，6G 空天地一体化，可以从低轨卫星（LEO）接入集成开始。LEO集成需要解决多普勒偏移与抖动、高传输时延和路径损耗以及卫星间通信等问题。此外，太赫兹或激光通信是卫星互联的趋势，难点在于波束搜索、捕获与跟踪。后续需要针对移动性管理与控制架构进行重新设计，基于高轨大通量卫星激光互联，形成空间骨干网。
其他领域首先，信息领域正酝酿多个变革性技术。量子计算、生物计算/类脑计算和AI 元计算等先进计算，正对传统计算架构造成冲击。6G 需要充分考虑先进计算带来的颠覆性风险，增强吸纳这些技术的架构弹性。基于计算能力的巨大提升，虚拟空间融合参数维度、智能体交互信息量和通信带宽随之倍增，不可预见的新场景、新业态、新模式可能涌现。
同时，6G 作为社会经济发展的基础设施，还要考虑集成高性能计算，为更大规模系统建模提供支持。此外，融合神经科学和计算科学的类脑计算正取得突破，清华大学团队已开发出天机芯片。传统 AI 擅长静态识别，但虚实融合互动，需要空时连续信号处理，类脑计算架构更适合。此外，为了更深层次感知物理世界，6G 需考虑与地理信息系统和气候气象等领域协同的可能性，面向全球环境、自然资源和城市建设管理，支持大物理系统的数字孪生，结合时空大数据的计算、存储与利用，实现更大范围的虚实融合，促进全球社会经济的可持续发展。
结束语
本文初步探讨了 6G 一些技术趋势与特征，粗线条地画像 6G。本文认为，日益增长的信息处理需求与有限的信息处理能力之间的矛盾，是推动 5G 向 6G演进的根本因素。虚实空间融合互动与智能体交互协作是 6G 未来典型的业务场景，需要 6G 具备强通信、强计算和强 AI 三大服务能力。6G 核心能力从信息传递向信息处理延伸，成为移动信息网络。为此，6G 设计应支持资源与功能全局虚拟化，实现网络全维可定义，网络内生智能与内生安全。同时还要多领域构建技术体系，多领域组建研发团队。6G 创新还处于概念与内涵初探期，需要多方观点的碰撞与迭代。本文尝试为 6G 创新定义一些基本概念，确立一些基本问题。但显然，很多技术细节还不清楚，很多问题还无法回答。由于存在很多不完善的地方，还需要大量后续工作跟进。希望可以与学界业界一起协同，更好的推进 6G 创新。
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部分往期回顾
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