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6G：新一代移动通信技术发展态势及展望丨中国工程院院刊
风云之声 2024-01-16 20:02 发表于北京
以下文章来源于中国工程院院刊 ，作者《中国工程科学》
图片
■ 作者
张平，陈岩，吴超楠
■ 来源
6G：新一代移动通信技术发展态势及展望[J].中国工程科学,2023,25(6):1-8.
本文选自中国工程院院刊《中国工程科学》2023年第6期
■ 编者按
第六代移动通信（6G）将开启“智赋万物、智慧内生”的信息技术新时代，相应技术研究成为移动通信行业的新热潮；在我国已开展第五代移动通信（5G）大规模商用的背景下，明晰6G发展需求、把握6G发展态势、提出6G发展布局，对于加快推动数字经济发展、抢占未来国际竞争优势具有重要意义。
中国工程院张平院士研究团队在中国工程院院刊《中国工程科学》2023年第6期发表《6G：新一代移动通信技术发展态势及展望》一文。文章全面梳理发达国家和发展中大国的6G战略部署情况，阐明6G商用继续赋能传统产业优化升级、6G关键核心技术将实现重大突破、6G网络安全将事关国家安全体系现代化等重大趋势，指出我国6G发展在研发投入、技术标准、开放生态、网络安全和隐私保护等方面面临突出挑战，需要运用新型举国体制以突破技术创新壁垒、以6G标准为目标方向来增强通信标准话语权、深化6G国际合作以构建开放共赢的全球产业生态、攻关6G核心技术以建立安全可控技术体系。
图片
一、前言
当前，我国第五代移动通信（5G）产业生态逐步扩大，5G大规模商用促进了社会变革。我国5G虽然形成了系统性的领先优势，但在网络覆盖广度、覆盖深度、融合应用、核心技术等方面仍存在一些亟待解决的问题，如无法实现多场景、全覆盖、“空天地海”一体化的网络通信，不能满足数字经济快速发展的需要。5G发展的潜在性能不足，也就提出了针对第六代移动通信（6G）的全新要求。在“通信、计算、控制、意识的泛在化”理念下，6G从服务于人、人与物拓展到支撑智能体的高效互联，驱动万物互联到万物智联的跃迁，支持实现“万物智联、数字孪生”的社会发展美好愿景；信息应用进一步从真实世界拓展至虚拟世界，信息交互对象将从“人 – 机 – 物”拓展至“人 – 机 – 物 – 灵”。此外，6G具有低时延、高速率、低成本的应用特性，将促进传统产业优化升级、提高投入产出效率、优化经济产业结构。
需要注意到，在世界经济下行、大国博弈加剧的背景下，我国在高科技领域面临激烈的国际竞争，而蓬勃发展的新技术路线可能颠覆传统技术发展范式；在中外科技合作更为消极的态势下，6G是我国聚集“空天地海”重大资源、突破国外技术封锁并实施有效赶超的战略方向，也是支持构建国内国际双循环新发展格局的重要举措。然而，我国在6G理论原始创新、新模式生态构建方面尚未实现突破，高端芯片的研发与制造面临诸多难题，基于新型信息基础设施的数字应用场景培育力度不足。
为此，直面移动通信技术和产业发展困境，把握全球6G发展态势，梳理我国6G发展面临的风险与挑战，提出6G布局及产业发展建议，可为6G技术发展与创新应用提供理论启示和现实参考。
二、5G到6G之跨越
（一）5G发展遗留问题仍需6G攻克
1. 应用深度不够
当前，5G市场需求尚未被充分激发，应用深度仍显不足，新增的现象级应用未能显现。5G赋能行业数字化集中在垂直应用场景，如无人巡检及维护、视频监控、远程诊疗、远程课堂等，而深入生产和生活的业务拓展仍处于起步状态。5G专网设计及产品多为公网标准、集采产品，不能满足个性化、差异化的行业应用需求。5G相关项目的研发周期长，导致产品无法快速上线。5G相关产品的技术融合程度要求较高，其他融合技术的成熟度直接影响5G产品的完善程度（见表1），制约了5G行业应用的发展深度。6G将进一步拓展应用空间，实现通信与感知、计算、控制的深度耦合，与卫星、高空平台、无人飞行器等空间网络相互融合，从而构建全球广域覆盖、“空天地海”一体化的通信网络，支持催生新的现象级应用。
图片
表1 其他融合技术在5G项目中的使用率
2. 需求覆盖不足
用户需求是通信行业发展的根本动力。当前的光纤、第四代移动通信（4G）、移动热点技术能够较好满足多数企业的信息通信需求，因而采用5G技术主要受政策导向的影响。尽管5G的市场接受度不断提高，但5G的行业市场渗透率依然偏低。从“2022年度全国重点区域移动网络质量评测现场路测结果”可见，5G网络覆盖广度及深度仍有较大提升空间，部分场景下的5G网络覆盖率、用户用网体验仍有不足。“全国地铁场景移动网络质量状况专刊——2022年度评测结果原因分析及优秀案例分享”指出，全国地铁里程栅格综合5G覆盖率仅为55.49%，上 / 下行接入速率达标占比也有不足。6G将超越万物互联，实现后通信时代、后连接时代的跨越式提升，全面满足社会公众对新一代信息通信服务的需求。
3. 投入收益不高
5G的成本投入较高，实际上抑制了5G的应用需求。对于企业客户而言，中小企业受限于人力成本、数字化转型成本，只能负担得起有限的通信连接成本，很难发挥规模效益；行业龙头企业虽然拥有足够的资源，但目前开展5G数字转型工作的比例仅在10%左右。在运营商方面，2022年1—9月，中国移动通信集团有限公司的5G专网业务收入超过20亿元、5G带动数字化信息通信服务收入超过250亿元，但远低于5G建设投资的587亿元（2022年上半年财报）。整体上，5G数字化行业市场仍处于供应大于需求、供应创造需求的阶段。6G研发之初即致力于构建具有显著成本优势的智联世界，立足增效、开源、节流背景形成先进技术方案，切实推动6G网络朝着绿色低碳方向发展。
（二）一些关键应用场景需要6G赋能
对于各行业的一些特殊需求，如无缝覆盖、极致连接、“通感算”一体化、数字孪生平行交互、内生智能等，5G并不能完全匹配；未来6G需要进一步升级，同时辅以AI、扩展现实（XR）、数字孪生等信息技术，以更好满足上述需求。
在工业领域，机械运动控制（响应时间<1 ms、控制精度为99.99999%），XR（响应时间<10 ms、带宽要求为1~3 Gbps）等有着特殊的时延及带宽要求，5G难以满足。在交通领域，5G并不能支持实现真正的无人化、高可靠的自动驾驶，加之现阶段网联基础设施、交通管理政策法规等软 / 硬环境尚不完善，使无人驾驶仍处于试点阶段。在医疗领域，5G并不能完全适应远程手术这类端到端时延、抖动时延、稳定性要求极为苛刻的场景，医疗资源的平衡性问题得不到根本性解决。在能源领域，5G的系统耗能较高，而优化自身能源系统的空间有限。在农业领域，5G因建设成本较高而不能满足农场、草场、近海渔场等广阔区域无缝覆盖的需求；受限于大数据等信息技术的发展程度，现阶段5G也不能满足农产品全流程信息溯源的需求。
综合来看，对于一些关键场景，5G因成本、技术能力及成熟度等原因而不是最优的解决方案；6G不仅有望解决5G架构遗留的代际“痛点”问题，而且能够较好满足用户的多样化新需求、覆盖新型应用场景。
（三）未来军事应用牵引6G发展
未来军事应用是6G发展的重要驱动力，6G应用将对未来军事发展带来颠覆性的影响。美国积极推进的“星链”项目稳步实施，也给很多国家构成军事和经济层面的双重威胁：在军事层面，“星链”项目按计划将累计在空间部署具有多功能探测及潜在攻击性的卫星约4.2×104颗，给战略竞争者的装备体系、作战指挥构成严峻挑战；在经济层面，“星链”项目计划为全球公众提供“免费网络服务”，对现有的5G网络、未来的天基互联网系统构成明显冲击。“星链”卫星抢占空间轨位与频谱资源，具有潜在的在轨识别与决策能力，成为他国推进“空天地”一体化能力建设的直接挑战。为此，我国需同步考虑军事功能和民用需求，融合推进数字经济安全和网络空间安全，从“打赢现代战争”“解决‘卡脖子’问题”“面向战场和市场”等维度出发，统筹开展6G规划和建设。
三、6G发展现状分析
移动通信具有基础性、渗透性、带动性，移动通信技术增强经济发展活力和经济复苏质量，成为经济社会发展的新动能、大国战略竞争的核心领域。5G商用规模在全球范围内快速发展的同时，各国已全面铺开6G研发布局，引导“政产学研用”多主体积极参与6G研发，以推动数字经济深入发展、抢占未来国际竞争优势。发达国家和发展中大国积极部署6G战略，通过多种方式加大资源投入，争取未来科技革命与产业变革的竞争优势。
（一）美国：侧重组建联盟，推动6G关键技术研究
一是积极合作共建6G研发联盟。美国电信行业解决方案联盟在2020年成立了“下一代移动通信联盟”，聚焦6G的研发、制造、标准、市场等，力求巩固美国企业的行业领先地位。二是率先开放6G实验频谱。2022年，Keysight科技公司获得美国首个6G频谱实验许可证。该频谱主要用于6G技术以及沉浸式网真、数字孪生、XR等方向，相关进步可改善虚拟现实（VR）/ 增强现实（AR）的体验。三是加强6G关键技术研究。众多的美国大学、国家实验室都围绕太赫兹技术开展研究和应用。积极布局OpenRAN技术路线，主导成立OpenRAN政策联盟以推广OpenRAN技术和产品。四是发布将6G作为重点支持方向的政策。美国《未来网络法案》（2021年）要求，美国联邦通信委员会牵头成立由政府部门、通信公司、公共利益组织代表组成的6G工作组，形成6G标准、部署、供应链方面的共识。
（二）欧盟：发挥各方优势，合力推进6G研发
一是联盟战略聚焦6G技术研发。《塑造欧洲数字未来》（2020年）倡议，更新和完善“5G和6G行动计划”。《2030数字化指南：欧洲数字十年》（2021年）建议，专注于下一代固定网络、移动网络和卫星网络，部署5G等超高容量网络，适时开展6G研发。二是各国政府部署6G科研项目。欧盟委员会加强与各成员国合作，推动企业参与相关科研项目，共同开展6G技术创新。2022年，欧盟启动Hexa-X-II项目，参与者扩展至44个国家和组织，旨在创建6G预标准化平台和系统视图，确立6G标准化基础。三是科研机构支撑6G研发。芬兰、德国、英国的科研机构着力开展6G研发，以突破和掌握6G技术。芬兰每年召开全球6G峰会，发布系列6G白皮书。
（三）日本：加大政策引导，积极推进6G研发
一是在全球率先发布6G国家战略。《6G综合战略》（2020年）提出了6G关键技术的战略目标，采取财政支持、税收优惠等举措推动6G技术研发和标准研究，以提高6G产业的国际竞争力。二是多措并举支持6G研发。① 日本2020年设立了总额为2200亿日元的专项基金，支持私营部门开展6G技术研发；2023年新增662亿日元预算，用于6G无线网络研究。② 注重人才培养，设置奖金、赛事挑战等，鼓励参与者的研发行动，同步创建人才库。③ 加快牌照发放，自2022年起，日本企业可快速获得电波实验用牌照，涵盖102~1100 GHz波段范围，体现了6G技术开发的快节奏。
（四）韩国：自主研究与国际合作并举，协同推动6G发展
韩国设置6G研究项目、发布6G战略，超前谋划6G发展。韩国是全球最早探索6G的国家之一，2018年通信主管部门即调研6G核心技术开发需求。《6G研发计划》（2021年）提出，2025年前为开展核心技术自主研发、占领全球标准制定主导地位、巩固研究及产业基础等提供公共资金支持。《韩国网络2030战略》（2023年）提出了“下一代网络模范国家”发展愿景，拟在2026年面向全球推广6G技术和pre-6G网络。此外，韩国高度重视国际合作，在合作中塑造自身的比较优势。2019年起，韩国企业与芬兰和瑞典企业联合开发6G网络技术；与美国企业合作，力求共同占据6G核心技术制高点。
（五）印度：紧跟国际前沿，力争6G重要地位
印度正在实施6G研发计划，支持本土企业开展6G技术研发和应用，积极争取在未来全球通信市场中占有重要地位。为了在6G标准化过程中发挥关键作用，印度发布了“6G愿景”文件（2023年），制定了6G通信服务发展路线图；启动建设6G研发试验平台，协调产业界、学术界、服务供应商联合参与，以抢占6G优先研究方向；组织国有组织研发6G、量子通信等新兴技术，基本与全球市场趋势同步。此外，印度积极争取国际通信企业的本土研发布局，如芬兰诺基亚公司已在班加罗尔建设全球研发中心及6G实验室。
（六）中国：协调推进战略布局，把握6G发展先发优势
6G：新一代移动通信技术发展态势及展望丨中国工程院院刊
风云之声 2024-01-16 20:02 发表于北京
以下文章来源于中国工程院院刊 ，作者《中国工程科学》
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■ 作者
张平，陈岩，吴超楠
■ 来源
6G：新一代移动通信技术发展态势及展望[J].中国工程科学,2023,25(6):1-8.
本文选自中国工程院院刊《中国工程科学》2023年第6期
■ 编者按
第六代移动通信（6G）将开启“智赋万物、智慧内生”的信息技术新时代，相应技术研究成为移动通信行业的新热潮；在我国已开展第五代移动通信（5G）大规模商用的背景下，明晰6G发展需求、把握6G发展态势、提出6G发展布局，对于加快推动数字经济发展、抢占未来国际竞争优势具有重要意义。
中国工程院张平院士研究团队在中国工程院院刊《中国工程科学》2023年第6期发表《6G：新一代移动通信技术发展态势及展望》一文。文章全面梳理发达国家和发展中大国的6G战略部署情况，阐明6G商用继续赋能传统产业优化升级、6G关键核心技术将实现重大突破、6G网络安全将事关国家安全体系现代化等重大趋势，指出我国6G发展在研发投入、技术标准、开放生态、网络安全和隐私保护等方面面临突出挑战，需要运用新型举国体制以突破技术创新壁垒、以6G标准为目标方向来增强通信标准话语权、深化6G国际合作以构建开放共赢的全球产业生态、攻关6G核心技术以建立安全可控技术体系。
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一、前言
当前，我国第五代移动通信（5G）产业生态逐步扩大，5G大规模商用促进了社会变革。我国5G虽然形成了系统性的领先优势，但在网络覆盖广度、覆盖深度、融合应用、核心技术等方面仍存在一些亟待解决的问题，如无法实现多场景、全覆盖、“空天地海”一体化的网络通信，不能满足数字经济快速发展的需要。5G发展的潜在性能不足，也就提出了针对第六代移动通信（6G）的全新要求。在“通信、计算、控制、意识的泛在化”理念下，6G从服务于人、人与物拓展到支撑智能体的高效互联，驱动万物互联到万物智联的跃迁，支持实现“万物智联、数字孪生”的社会发展美好愿景；信息应用进一步从真实世界拓展至虚拟世界，信息交互对象将从“人 – 机 – 物”拓展至“人 – 机 – 物 – 灵”。此外，6G具有低时延、高速率、低成本的应用特性，将促进传统产业优化升级、提高投入产出效率、优化经济产业结构。
需要注意到，在世界经济下行、大国博弈加剧的背景下，我国在高科技领域面临激烈的国际竞争，而蓬勃发展的新技术路线可能颠覆传统技术发展范式；在中外科技合作更为消极的态势下，6G是我国聚集“空天地海”重大资源、突破国外技术封锁并实施有效赶超的战略方向，也是支持构建国内国际双循环新发展格局的重要举措。然而，我国在6G理论原始创新、新模式生态构建方面尚未实现突破，高端芯片的研发与制造面临诸多难题，基于新型信息基础设施的数字应用场景培育力度不足。
为此，直面移动通信技术和产业发展困境，把握全球6G发展态势，梳理我国6G发展面临的风险与挑战，提出6G布局及产业发展建议，可为6G技术发展与创新应用提供理论启示和现实参考。
二、5G到6G之跨越
（一）5G发展遗留问题仍需6G攻克
1. 应用深度不够
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3. 投入收益不高
5G的成本投入较高，实际上抑制了5G的应用需求。对于企业客户而言，中小企业受限于人力成本、数字化转型成本，只能负担得起有限的通信连接成本，很难发挥规模效益；行业龙头企业虽然拥有足够的资源，但目前开展5G数字转型工作的比例仅在10%左右。在运营商方面，2022年1—9月，中国移动通信集团有限公司的5G专网业务收入超过20亿元、5G带动数字化信息通信服务收入超过250亿元，但远低于5G建设投资的587亿元（2022年上半年财报）。整体上，5G数字化行业市场仍处于供应大于需求、供应创造需求的阶段。6G研发之初即致力于构建具有显著成本优势的智联世界，立足增效、开源、节流背景形成先进技术方案，切实推动6G网络朝着绿色低碳方向发展。
（二）一些关键应用场景需要6G赋能
对于各行业的一些特殊需求，如无缝覆盖、极致连接、“通感算”一体化、数字孪生平行交互、内生智能等，5G并不能完全匹配；未来6G需要进一步升级，同时辅以AI、扩展现实（XR）、数字孪生等信息技术，以更好满足上述需求。
在工业领域，机械运动控制（响应时间<1 ms、控制精度为99.99999%），XR（响应时间<10 ms、带宽要求为1~3 Gbps）等有着特殊的时延及带宽要求，5G难以满足。在交通领域，5G并不能支持实现真正的无人化、高可靠的自动驾驶，加之现阶段网联基础设施、交通管理政策法规等软 / 硬环境尚不完善，使无人驾驶仍处于试点阶段。在医疗领域，5G并不能完全适应远程手术这类端到端时延、抖动时延、稳定性要求极为苛刻的场景，医疗资源的平衡性问题得不到根本性解决。在能源领域，5G的系统耗能较高，而优化自身能源系统的空间有限。在农业领域，5G因建设成本较高而不能满足农场、草场、近海渔场等广阔区域无缝覆盖的需求；受限于大数据等信息技术的发展程度，现阶段5G也不能满足农产品全流程信息溯源的需求。
综合来看，对于一些关键场景，5G因成本、技术能力及成熟度等原因而不是最优的解决方案；6G不仅有望解决5G架构遗留的代际“痛点”问题，而且能够较好满足用户的多样化新需求、覆盖新型应用场景。
（三）未来军事应用牵引6G发展
未来军事应用是6G发展的重要驱动力，6G应用将对未来军事发展带来颠覆性的影响。美国积极推进的“星链”项目稳步实施，也给很多国家构成军事和经济层面的双重威胁：在军事层面，“星链”项目按计划将累计在空间部署具有多功能探测及潜在攻击性的卫星约4.2×104颗，给战略竞争者的装备体系、作战指挥构成严峻挑战；在经济层面，“星链”项目计划为全球公众提供“免费网络服务”，对现有的5G网络、未来的天基互联网系统构成明显冲击。“星链”卫星抢占空间轨位与频谱资源，具有潜在的在轨识别与决策能力，成为他国推进“空天地”一体化能力建设的直接挑战。为此，我国需同步考虑军事功能和民用需求，融合推进数字经济安全和网络空间安全，从“打赢现代战争”“解决‘卡脖子’问题”“面向战场和市场”等维度出发，统筹开展6G规划和建设。
三、6G发展现状分析
移动通信具有基础性、渗透性、带动性，移动通信技术增强经济发展活力和经济复苏质量，成为经济社会发展的新动能、大国战略竞争的核心领域。5G商用规模在全球范围内快速发展的同时，各国已全面铺开6G研发布局，引导“政产学研用”多主体积极参与6G研发，以推动数字经济深入发展、抢占未来国际竞争优势。发达国家和发展中大国积极部署6G战略，通过多种方式加大资源投入，争取未来科技革命与产业变革的竞争优势。
（一）美国：侧重组建联盟，推动6G关键技术研究
一是积极合作共建6G研发联盟。美国电信行业解决方案联盟在2020年成立了“下一代移动通信联盟”，聚焦6G的研发、制造、标准、市场等，力求巩固美国企业的行业领先地位。二是率先开放6G实验频谱。2022年，Keysight科技公司获得美国首个6G频谱实验许可证。该频谱主要用于6G技术以及沉浸式网真、数字孪生、XR等方向，相关进步可改善虚拟现实（VR）/ 增强现实（AR）的体验。三是加强6G关键技术研究。众多的美国大学、国家实验室都围绕太赫兹技术开展研究和应用。积极布局OpenRAN技术路线，主导成立OpenRAN政策联盟以推广OpenRAN技术和产品。四是发布将6G作为重点支持方向的政策。美国《未来网络法案》（2021年）要求，美国联邦通信委员会牵头成立由政府部门、通信公司、公共利益组织代表组成的6G工作组，形成6G标准、部署、供应链方面的共识。
（二）欧盟：发挥各方优势，合力推进6G研发
一是联盟战略聚焦6G技术研发。《塑造欧洲数字未来》（2020年）倡议，更新和完善“5G和6G行动计划”。《2030数字化指南：欧洲数字十年》（2021年）建议，专注于下一代固定网络、移动网络和卫星网络，部署5G等超高容量网络，适时开展6G研发。二是各国政府部署6G科研项目。欧盟委员会加强与各成员国合作，推动企业参与相关科研项目，共同开展6G技术创新。2022年，欧盟启动Hexa-X-II项目，参与者扩展至44个国家和组织，旨在创建6G预标准化平台和系统视图，确立6G标准化基础。三是科研机构支撑6G研发。芬兰、德国、英国的科研机构着力开展6G研发，以突破和掌握6G技术。芬兰每年召开全球6G峰会，发布系列6G白皮书。
（三）日本：加大政策引导，积极推进6G研发
一是在全球率先发布6G国家战略。《6G综合战略》（2020年）提出了6G关键技术的战略目标，采取财政支持、税收优惠等举措推动6G技术研发和标准研究，以提高6G产业的国际竞争力。二是多措并举支持6G研发。① 日本2020年设立了总额为2200亿日元的专项基金，支持私营部门开展6G技术研发；2023年新增662亿日元预算，用于6G无线网络研究。② 注重人才培养，设置奖金、赛事挑战等，鼓励参与者的研发行动，同步创建人才库。③ 加快牌照发放，自2022年起，日本企业可快速获得电波实验用牌照，涵盖102~1100 GHz波段范围，体现了6G技术开发的快节奏。
（四）韩国：自主研究与国际合作并举，协同推动6G发展
韩国设置6G研究项目、发布6G战略，超前谋划6G发展。韩国是全球最早探索6G的国家之一，2018年通信主管部门即调研6G核心技术开发需求。《6G研发计划》（2021年）提出，2025年前为开展核心技术自主研发、占领全球标准制定主导地位、巩固研究及产业基础等提供公共资金支持。《韩国网络2030战略》（2023年）提出了“下一代网络模范国家”发展愿景，拟在2026年面向全球推广6G技术和pre-6G网络。此外，韩国高度重视国际合作，在合作中塑造自身的比较优势。2019年起，韩国企业与芬兰和瑞典企业联合开发6G网络技术；与美国企业合作，力求共同占据6G核心技术制高点。
（五）印度：紧跟国际前沿，力争6G重要地位
印度正在实施6G研发计划，支持本土企业开展6G技术研发和应用，积极争取在未来全球通信市场中占有重要地位。为了在6G标准化过程中发挥关键作用，印度发布了“6G愿景”文件（2023年），制定了6G通信服务发展路线图；启动建设6G研发试验平台，协调产业界、学术界、服务供应商联合参与，以抢占6G优先研究方向；组织国有组织研发6G、量子通信等新兴技术，基本与全球市场趋势同步。此外，印度积极争取国际通信企业的本土研发布局，如芬兰诺基亚公司已在班加罗尔建设全球研发中心及6G实验室。
（六）中国：协调推进战略布局，把握6G发展先发优势
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