专家综述：6G 研发的最新进展以及未来的发展趋势

2020-12-17 14:10

未来的 6G 网络发展，将支持更加广泛的应用场景，实现安全可靠的穿戴设备、集成耳机、可植入传感器等以人为本的服务，支持更远距离的高速移动、极低功耗的通信，为 VR、物联网行业自动化、C－V2X、数字双体区域网络、节能无线网络控制和联合学习系统等方面的发展，提供更加可靠的网络支撑。

图｜协助管理疫情的数字孪生局域网示意图

数字孪生局域网利用 6G 和 ICT 技术，可以模拟虚拟人体，实施全天候跟踪人体体征，提前预测疾病，还可以模拟虚拟人体的手术和用药，利用虚拟人体预测效果，加速药物研发，降低成本，从而提高人类的生活质量。

覆盖全球：“ 太空 — 空中 — 地面 — 海洋 ” 一体化网络

为了实现 6G 网络更优的性能指标，扩展更加广泛的应用场景，6G 网络将在当前5G无线通信网络发展的基础上，发生四个新的模式转变：

（1）覆盖全球（global coverage），利用卫星通信、无人机通信、地面通信和海上通信，实现 “ 太空 — 空中 — 地面 — 海洋 ” 一体化网络。

（2）全频谱（all spectra），所有频谱将得到充分探索，包括 6 GHz 以下、毫米波、太赫兹和光学频带。

（3）完整应用程序（full applications），将与通信、计算、控制／缓存和 AI 技术相结合，以实现更高的智能性。

（4）内生网络安全性（endogenous network security），开发物理层和网络层的 6G 网络时，还将考虑内生网络安全性。

当前，一些研究已经初步尝试对不同网络的集成，但尚未充分研究用于全球覆盖的 “ 太空 — 空中 — 地面 — 海洋 ” 综合集成方法。

人们普遍认识到，由于 5G 地面通信网络受无线电频谱、服务地理区域覆盖范围和运营成本的限制，无法覆盖在所有地方不分时段地提供高质量和高可靠性的服务，尤其是对于偏远地区即将到来的万亿级连接。为了在全球范围内提供真正无所不在的无线通信服务，必须开发一种 “ 太空 — 空中 — 地面 — 海洋 ” 一体化网络，以实现全球连通性，并允许各种应用程序访问，尤其是在偏远地区。

图｜ “ 太空 — 空中 — 地面 — 海洋 ” 网络控制架构

为了有效地将具有不同规模的各种网段和多样化的无线电接入技术有效地整合到 “ 太空 — 空中 — 地面 — 海洋 ” 网络，6G 仍存在着许多挑战和机遇，需要进一步研究。

全面应用：具有更高的智能化水平

随着人工智能和 ML 技术的快速发展，6G 网络有望具有更高的智能化水平。人工智能和 ML 方法可以从海量数据中学习特征，而不是从预先建立的固定规则中学习特征，从而极大地提高了网络的效率和延迟。下一代无线网络必将向复杂系统方向发展，面对不同的应用场景，对网络服务的需求也会不同，因此，也就对于网络性能优化的自适应性和智能化水平提出了更高的要求。人工智能可以实现感知网络流量、资源利用、用户需求和潜在威胁的变化等功能，并提供智能协调，而机器学习方法也可用于优化无线网络的物理层，可以用来重新设计当前的网络系统。目前，以深度学习和知识图谱为代表的人工智能技术正在迅速发展，通过将人工智能技术引入网络，将对网络及其相关用户、服务和环境的多维主客观要素进行表征、构建、学习、应用、更新和反馈。在获取知识的基础上，还可以实现网络的立体感知、决策推理和动态调整。

图｜智能－内生性网络的自演化闭环结构

因此，网络可以根据我们想要的任何服务需求自动进行调整，研究人员将这样的网络称为 IEN，即自进化的闭环结构。

概括而言，这篇综述文章指出了当前 5G 无线通信网络的局限性，并提出了 6G 无线通信网络的愿景、使能技术、四个新的范式转换以及未来的研究方向。同时，引入了 6G 的新性能指标和应用场景，给出 6G 无线通信网络在垂直行业的应用场景，面对未来网络的复杂性，为实现完全集成的 6G 网络提出建议。如对综述详细内容感兴趣的读者，可以在微信公众号对话框中回复关键词 “6G”，获取 PDF 原文下载链接。

图片标题