黃維肖像畫。
本欄目畫家 張武昌繪
廖建新肖像畫。
本欄目畫家 張武昌繪
中國科學院院士黃維（中）受聘為科技部6G研發(fā)國家重點專項咨詢專家。
移動通信以大概十年為周期發(fā)展演進，每一代移動通信技術從研究到商業(yè)應用基本上都需要十年左右的時間。2019年是5G商用元年，當前5G發(fā)展方興未艾，一些重要的場景和能力還沒有充分展現(xiàn)出來，但學術界和產(chǎn)業(yè)界普遍預測，無論5G發(fā)展是否能達到預期，到2030年，6G都將在全球范圍內(nèi)投入應用。當前，我國已啟動6G基礎研究，如何設計6G網(wǎng)絡，以應對十年后的全球挑戰(zhàn)，滿足未來世界中不斷變化的通信需求，是我們當下在6G研究中需要思考的問題。我們認為，6G的研究應遵循“遠近結(jié)合”的總體思路，即一方面要對十年后的需求和場景進行大膽展望和預測，提出足夠超前的先進技術方案，另一方面要密切關注“5G+”發(fā)展過程中遇到的現(xiàn)實問題以及5G難以克服的內(nèi)生困難，進行有的放矢的理論研究和技術攻關。我們認為這種遠近結(jié)合的思路可以兼顧超前性和現(xiàn)實性，有利于達成6G研究與落地的目標。
網(wǎng)絡性能指標將大幅提升
每一代新的移動通信技術都將大幅度提升傳輸速率。5G的三大場景中，增強移動寬帶場景（eMBB）著重提升用戶體驗速率，提高人與網(wǎng)絡的連接能力，而低時延高可靠場景（uRLLC）、低功耗大連接場景（mMTC）則能夠更好地支持物與網(wǎng)絡的連接和通信。相對于5G 10-20 Gbit/s的峰值速率，0.1G-1Gbit/s的用戶體驗速率，1ms的空中接口時延，100萬連接/平方公里的連接密度以及米級定位精度，6G的性能指標將實現(xiàn)十到百倍的提升，預計6G的峰值速率可達1Tbit/s，用戶體驗速率可達1Gbit/s，空中接口時延將低于1ms，連接密度將達到1000萬連接/平方公里，定位精度可達厘米級。與此同時，6G性能指標也突破了單純的通信連接的范疇，對安全、智能、效率等方面提出了更多需求。
5G在發(fā)展過程中將融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術，與垂直行業(yè)深度融合，以解決行業(yè)用戶基礎連接需求中的痛點。6G一方面重點解決5G三大業(yè)務場景并存的實際問題，另一方面提出宏大的“全業(yè)務場景”，期望滿足用戶個性化的極致性能需求，實現(xiàn)以人為本的按需服務。
網(wǎng)絡可用資源將豐富多樣
6G將融合衛(wèi)星網(wǎng)絡、無人機網(wǎng)絡、水下通信等新技術，實現(xiàn)全球立體覆蓋，將空間、陸地以及海洋緊密無縫地連接起來。宏觀上，6G網(wǎng)絡中可用資源不僅包括地面移動通信網(wǎng)絡資源，如基站、無線路由器等，還將包括衛(wèi)星網(wǎng)絡資源、無人機網(wǎng)絡資源，以及水面及水下網(wǎng)絡資源。各網(wǎng)絡協(xié)作進行通信，實現(xiàn)立體覆蓋。微觀上，6G將進一步發(fā)展以人為中心的體域網(wǎng)絡。6G網(wǎng)絡將形成既有廣度又有深度的多層覆蓋，提供陸地通信、空間通信、設備和設備間的短距離通信，以及物理空間與虛擬空間的通信服務。
隨著多技術的融合，6G移動通信系統(tǒng)的基礎服務能力將得到進一步拓展。6G可用于業(yè)務的資源，按照資源用途可分為感知資源、計算資源、通信資源、存儲資源與控制資源。這五類資源無處不在，豐富多樣，通過6G網(wǎng)絡的智能管控實現(xiàn)透明、動態(tài)、優(yōu)化的調(diào)度，支撐下一代人工智能、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術和應用。
新業(yè)務愿景將以人為本
當今，全球范圍內(nèi)對6G新業(yè)務的暢想不斷涌現(xiàn)，虛擬世界、隔空穿越、觸手可及、超級智能……6G業(yè)務是否會像科幻電影里描繪的那般神奇魔幻？我們認為，總體而言，6G業(yè)務將以全面提升用戶體驗為目標，進一步拓展與深化在垂直行業(yè)中的應用，同時進行新業(yè)務場景與新商業(yè)模式的探索與創(chuàng)新。基于當前技術發(fā)展趨勢，我們預判6G將能夠?qū)崿F(xiàn)沉浸式全息通信、虛實融合、基于數(shù)字孿生的人、網(wǎng)、城市等業(yè)務愿景，構建與人類社會和物理世界緊密連接的網(wǎng)絡空間。
6G網(wǎng)絡將成為虛擬世界與物理世界之間的橋梁?；谖锢硎澜缈缮蓴?shù)字化的虛擬世界，物理世界中的人與人、人與物、物與物之間可通過數(shù)字化世界來傳遞信息。例如，全息通信業(yè)務將遠程重構與再現(xiàn)真實的三維世界，以可交互的方式將全息圖像或視頻從一個或多個信源傳輸?shù)揭粋€或多個信宿，并高保真全息實時地顯示出來，讓用戶在任何時間任何地點都能獲得完全沉浸式的交互體驗。上述全息通信和虛實融合技術在未來視頻會議、在線課堂、遠程全息手術等業(yè)務場景中將有巨大的應用前景。此外，全感官類業(yè)務也是重要的6G業(yè)務愿景，該業(yè)務將支持視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺的全感官體驗，甚至心情、病痛、習慣、喜好等個體感受，通過人、機、物間多模態(tài)數(shù)據(jù)的精準傳輸與交互，實現(xiàn)身臨其境的體驗。
新業(yè)務創(chuàng)新與實踐依賴于通信網(wǎng)絡技術的發(fā)展，同時也離不開諸多新型材料的突破。例如，先進的柔性電子材料技術能夠在柔性塑料或薄金屬基板上制作有機/無機材料的電子器件，柔軟、輕薄、透明、便攜，可以彎曲、折疊、扭曲、壓縮、拉伸，極大地擴展了電子器件的適用范圍。柔性電子材料可用于制作眾多輕薄且柔軟的可穿戴傳感器，甚至無線皮膚接口，其采集的信息可攜帶更多感官感受，可將人類的真實狀態(tài)精準地反映至數(shù)字世界，基于數(shù)字孿生技術構建全景式虛擬環(huán)境，從而實現(xiàn)動態(tài)實景交互，提高控制決策效率，實時反饋評估效果。
可以說，新一代的柔性電子材料技術將為數(shù)字、物理和生物世界的融合奠定材料技術基礎。
展望未來，6G網(wǎng)絡將融合信息通信、新型材料、生物科學、社會科學等諸多技術領域的創(chuàng)新成果，具備更加強大的綜合能力，從而更加深刻地改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活方式。
將形成知識驅(qū)動的智聯(lián)網(wǎng)
6G時代，更高級更復雜的大數(shù)據(jù)與人工智能應用需要先進的網(wǎng)絡技術支撐，個性化、定制化理念將持續(xù)深化。行業(yè)用戶和個人用戶不再滿足于簡單地使用網(wǎng)絡，而是希望通過意圖或需求來設計和配置網(wǎng)絡。例如，6G將具備全面智能化的網(wǎng)絡配置與管理能力，使網(wǎng)絡不再是專業(yè)人員的專屬領地。用戶將可以像使用個人電腦一樣使用6G網(wǎng)絡，擁有專屬主題的配置，定制化地使用多種資源。面對如此紛繁復雜的需求，傳統(tǒng)的人工設計與規(guī)劃必然無能為力，必須采用智能化的方法。
網(wǎng)絡智能化一直是網(wǎng)絡控制與管理追求的目標。網(wǎng)絡飛速發(fā)展，單純的數(shù)據(jù)運算、問題求解和功能搜索等已經(jīng)很難適應網(wǎng)絡管控的需求，人工智能與網(wǎng)絡技術融合是大勢所趨。從智能水平上來看，5G主要在網(wǎng)絡優(yōu)化、智能運維、數(shù)據(jù)分析等局部領域使用了人工智能。6G網(wǎng)絡將全面采用知識驅(qū)動的人工智能，更注重智能模型的通用性、復用性、可擴展性、可解釋性，由原始數(shù)據(jù)提煉知識，由模型實踐積累經(jīng)驗，并融入人類的領域知識與記錄，共同驅(qū)動網(wǎng)絡智能化進程。在6G階段，我們期望將智能全面賦予整個網(wǎng)絡，將知識加載到眾多的網(wǎng)元節(jié)點上，使其像人類一樣具備自主學習、自主感知、自主決策的能力，從而使6G網(wǎng)絡能夠提供面向場景的高度個性化的智慧服務，這就是知識驅(qū)動的智聯(lián)網(wǎng)。
業(yè)務網(wǎng)絡將提供按需服務
電信網(wǎng)絡的發(fā)展演進是“需求牽引技術，技術推動需求”的螺旋上升過程，在整個過程中“網(wǎng)絡資源”與“業(yè)務需求”之間始終存在彼此不能適配的根本矛盾。為了解決這個根本矛盾，二十余年來，我們提出并深化了業(yè)務網(wǎng)絡的核心思想和理論，使我國業(yè)務網(wǎng)絡從無到有，持續(xù)演進。
業(yè)務網(wǎng)絡是業(yè)務導向型邏輯網(wǎng)絡，重點關注業(yè)務與網(wǎng)絡的適配。移動智能網(wǎng)是業(yè)務網(wǎng)絡的初級階段。在2G跟隨時代，我國在移動通信領域首次突破了國外壟斷，建成了全球規(guī)模最大、技術最先進的移動智能網(wǎng)，并在后續(xù)3G、4G、5G上業(yè)務網(wǎng)絡的各階段持續(xù)保持全球領先。近年來，業(yè)務網(wǎng)絡逐步實現(xiàn)全面分層解耦與細粒度能力的智能開放，讓傳統(tǒng)封閉的電信網(wǎng)絡向行業(yè)用戶賦能。例如通過使用現(xiàn)有電信網(wǎng)絡的呼叫接續(xù)能力和號碼翻譯能力，為網(wǎng)約車、外賣快遞、網(wǎng)絡招聘等應用場景提供了保護雙方隱私的中間號（虛擬號碼）業(yè)務。
6G的業(yè)務網(wǎng)絡將是網(wǎng)絡之上的網(wǎng)絡，從電信業(yè)務網(wǎng)絡發(fā)展為跨越各種網(wǎng)絡的通用業(yè)務網(wǎng)絡，通過開放、共享、融合，將多維度多領域各類網(wǎng)絡映射為統(tǒng)一的邏輯網(wǎng)絡。當前，我們正在基于業(yè)務網(wǎng)絡的思想進行6G網(wǎng)絡的研究，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡、廣域網(wǎng)絡、衛(wèi)星網(wǎng)絡等多種疊加覆蓋網(wǎng)絡的協(xié)作與聯(lián)動，面向未來各種業(yè)務場景中的功能和性能需求，支持應用的靈活性和多樣性，提供按需服務，在此過程中，希望達成多個性能指標的全局最優(yōu)化。為滿足多樣化應用場景需求，6G業(yè)務網(wǎng)絡應具備智能場景感知和自主策略生成能力。例如，網(wǎng)絡應能夠根據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)流（比如沉浸式多媒體業(yè)務中視覺、觸覺、味覺、嗅覺、聽覺對應的數(shù)據(jù)流）的直接相關性和重要性，對流進行優(yōu)先級排序或其他相關處理。
6G業(yè)務網(wǎng)絡可以智能感知用戶需求，并根據(jù)業(yè)務屬性對不同數(shù)據(jù)流提供不同優(yōu)先級的傳輸服務。例如，涉及人類生命生活健康的感知業(yè)務對可靠性的要求非常嚴格，數(shù)據(jù)丟失應盡可能??；而全息交互的娛樂類業(yè)務對可靠性要求相對不高，但對傳輸帶寬和時延要求更高。
總體而言，通過對場景信息的實時感知和智能分析，可以根據(jù)服務對象和場景智能選取不同的資源調(diào)配策略進行6G業(yè)務網(wǎng)絡的資源配置，從而提供差異化網(wǎng)絡服務，同時降低網(wǎng)絡運營和管控成本。6G業(yè)務網(wǎng)絡支持立體覆蓋、網(wǎng)絡孿生、內(nèi)生智能以及內(nèi)生安全，這使其連接極為復雜，結(jié)構非常龐大，因此可以認為6G業(yè)務網(wǎng)絡是一個復雜巨系統(tǒng)。要實現(xiàn)“以人為本、按需服務”這一6G業(yè)務網(wǎng)絡的目標，必須對多目標最優(yōu)化、智能模型的可解釋性、群體策略的公平性、控制穩(wěn)定性等理論問題開展深入地探索和研究。
信息通信的大潮滾滾向前，正在改變整個世界。5G已來，即將在未來十年逐步發(fā)揮出其巨大的潛力，而作為下一代移動通信技術的6G承載了人們更加美好的愿望，將具有更加強大的能力，提供更加豐富多彩的業(yè)務，從而更加深刻地改變世界。
（黃維：中國科學院院士，亞太工程組織聯(lián)合會主席。廖建新：北京郵電大學網(wǎng)絡智能研究中心主任。）
本版攜手科學出版社推出 （黃維 廖建新）
（責任編輯：蔡文斌）
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