芬兰奥卢大学发布白皮书初步提出6g愿景和挑战

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科技中国 2019年12月
第12期94芬兰奥卢大学发布白皮书 初步提出6G 愿景和挑战
■文/高芳 李梦薇（中国科学技术信息研究所）
当前全球5G 标准尚未最终冻结，韩、美、中、日、欧等的5G 规模化商用也仅仅处于初期阶段，而主要国家和通信行业已就发展下一代移动通信技术6G 展开讨论。

2019年9月初，芬兰奥卢大学6G 旗舰研究计划汇聚全球70多位顶级通信技术专家的观点，发布了《6G 泛在无线智能的关键驱动因素及其研究挑战》白皮书，提出未来6G 愿景和目标是实现泛在无线智能。

泛在（Ubiquitous）即能在任何地方为用户提供无缝
2019年9月初，芬兰奥卢大学6G 旗舰研究计划发布6G 白皮书《6G 泛在无线智能的关键驱动因素及其研究挑战》，汇聚了全球70多位顶级通信技术专家的观点。

该白皮书指出，6G 的核心愿景和目标是实现泛在、无线和智能，它已不仅仅是通信技术研发与工程问题，而是要突出体现对人性化需求的满足，要同步解决数据交易、运营模式、新型监管等诸多已知和未知的政策问题。

同时，为了延续每一代移动通信性能指标需要提升10～100倍的发展规律，6G 发展还面临诸多有待解决的理论和技术难题。

服务；无线（Wireless）是以无线连接为关键基础设施；智能（Intelligence）指面向人类和
非人类用户提供情景感知智能服务和应用。

一、6G 技术性能指标将比5G 普遍提升10到100倍
与5G 相比，6G 的大多数性能指标将提升10到100倍，其中：峰值传输速度达到每秒100～1024Gbps，
而5G 仅为10Gpbs；室内定位精度10厘米，室外100
厘米，比5G 提高10倍；通信时延0.1毫秒，是5G 的1/10；超高可靠性，中断几率小于百万分之一；超高密度，连接设备密度达到每立方米过百个。

二、6G 发展应同时体现移动通信技术的社会和经济属性
如果说5G 发展仍是注重通信技术的研发与工程化，那么6G 发展则要突出体现对人性化需求的满足（6G Humanity），即同时体现其社会属性和经济属性。

白皮
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2019年12月 第12期95书提出驱动6G 发展及其必须考虑的因素应主要包括四个方面：一是实现全球可持续发展，解决好人口持续增长与老龄化、气候变化、城市规模扩张及其可持续发展、信息通信技术与网络的安全等问题应成为新一代技术发展的重要驱动力。

二是积极应对各类社会挑战，教育、社会服务、健康与民生、基础设施、数据安全与隐私、自动化和个性化等领域的创新与升级对6G 发展提出新要求。

三是不断涌现的新技术将推动从5G 到6G 的演进，这其中有望催生新的无线硬件和物理层技术。

四是满足垂直行业生产力增长需求。

为此，在6G 关键绩效指标设
定方面，除了技术指标之外，还必须涵盖应对全球挑战、实现可持续发展等方面的指标，比如隐私、安全、伦理等问题如何体现，与人工智能等技术应用相关的透明性问题如何解决，各利益相关方在标准制定中应发挥什么作用，以及对一切可能的资源进行开源的问题。

三、需要重点解决的政策问题
白皮书从政治、经济、社会、技术、法律和环境等6个维度，探讨了6G 发展的包容性、可持续性和透明度等问题，并由此提出需要重点突破的政策。

一是进入发展数据市场经济
和数据共享时代后，要着力解决数据所有权及数据交易政策等问题。

二是未来伴随室外空间与室内环境的网络共享，新的“当地运营商”模式将孕育形成，这其中要着力解决频谱访问权变更、网络连接共享与归属以及全球频
谱是否统一等关键问题。

三是6G 发展的利益相关方格局中有可能会出现新的角色，移动通信业务生态有望被重塑，形成一个三层实心环形结构。

其中最内核的是需求层，即由人和机器用户构成的需求提供者，他们来自不同垂直领域的公共部门或企业。

最外层是资源层，该层负责提供满足需求所需的资源和资
产，包括物理基础设施、设备和
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第12期96数据等，同时政府、公共部门、相关监管机构等的服务、规范、规制等也属于资源层。

中间层是匹配层，负责需求和资源之间的适配，固定网、移动网、卫星网等不同类型的运营商，各种服务和应用提供商，以及安全供应商都在这一层。

为此，要着力梳理6G 新生态利益相关方、角色及其定位等问题。

此外，还有一些政策问题需要持续深入研究。

一是6G 的主要社会需求。

二是6G 时代共享经济中，基于平台的生态系统商业模式将因何与如何出现，以及新模式的具体表征。

三是人工智能和机器学习如何在未来的6G 系统中改变基于平台的生态系统、业务模型和服务等。

四是为满足社会需求所发展的6G，需要遵循的可行性法规的底线是什么。

五是如何创新机制和商业模式，以确保偏远地区、贫困人群等能够共享技术红利。

四、技术发展态势以及需要解决的问题
6G 时代终端和设备更加多样，新设备形态将不断涌现。

智能手机有可能会被普及的扩展现实（XR）所取代，一副轻巧的眼镜就能提供无以伦比的分辨率、帧速率和动态范围等。

高分辨率成像和感知、可穿戴显示器、移动机器人和无人机、专用处理器和下一代无线网络，将使远程呈现成为可能。

伴随无线网络、分
布式人工智能和传感技术的进步，各类自动驾驶运载工具高速互联、相互协作，推动交通运输更加高效安全、绿色低碳。

为此，需要进一步研究的问题主要包括：一是明确下一代扩展现实系统的功能、性能和人体工程学需求。

二是确定下一代扩展现实系统中，如何在不同组件之间分配算力和数据。

三是如何制定以人类感知为基准的体验质量标准。

四是下一代网络和设备能为人们之间的互动提供哪些新机会。

五是自动驾驶汽车的通信可靠性和交通安全应包括哪些因素。

6G 关键技术指标的实现，对频谱条件提出更高要求。

6G 将成为第一个要求超高速链路的无线标准，其中每个链路的峰值吞吐量将超过每秒太比特（Tbps）。

在无线工厂自动化的具体场景中，超高可靠性和超低延迟的通信需求需要得到稳定、精准的保障。

最极端的一种工业控制场景中，其中十亿个传输位中只允许有一个错误位有0.1 ms 的延迟。

为此，需要进一步研究的问题主要包括：一是什么样的无线信道模型适合6G 通信，未来是否建立一个从GHz 到THz 整个范围的统一模型。

二是6G 可行的频段范围，100GHz 以上商业用途需要的技术有哪些。

三是未来频谱分配和相关政策的实际需求和要求。

6G 推动无线硬件的进步，并带来新的挑战。

6G 发展将进一步实现通信技术和新应用的融合，
有望同步推进超高速低成本通信和先进传感系统的硬件技术发展。

这其中需要研发收发机体系结构和计算新模式，以实现1Tbps 传输速率。

在太赫兹应用中，半导体、光学和新材料等技术的新发展和支撑作用更为重要。

开源平台将成为实现下一代硬件和软件的重要解决方案。

为此，需要进一步研究的问题主要包括：一是围绕“太赫兹间隙”，如何融合电和光技术并针对不同应用进行专门研究。

二是硅基技术能否满足Thz/Tbps 系统的要求，以及还需要哪些其它技术。

三是对于频率高于100GHz、距离大于10m 的通信和传感，如何实现足够的输出功率和可控天线阵列。

四是在100 GHz 以上频率，能否实现可调谐天线和其它射频解决方案，以及机器学习是否可以帮助解决
此类问题。

五是在太赫兹频段，通信、传感、物质检测和成像的相互需求如何共存。

6G 对物理层和无线系统的新需求。

人工智能将在6G 无线网络的链路级和系统级解决方案中扮演重要角色，新的免许可（grant-free）接入方法对于真正的大规模机器通信至关重要，信号成形将是实现高频谱效率的一种方法，物理层需要获得最强的安全保护，使用射频进行连接和计算的反向散射通信可以实现超低功率通信。

6G 组网的新需求。

6G 需要一个可直接嵌入信任体系的网络，
科技中国
2019年12月 第12期97可考虑采用身份标识符（ID）与位置标识符（Locator）相分离的思想，网络具有灵活的升级与扩展功能，人工智能和区块链可能在6G 网络中发挥重要作用。

6G 将创造新服务，并由此引发一些关键挑战。

与5G 及以前通信系统发展模式不同（服务较技术发展相对滞后），6G 应不仅仅是通信技术和网络的发展，更应强调要同步推进服务的发展。

6G 时代所有特定用户的计算和智能都可移至边缘云，传感、成像和高精度定位能力与移动性相结合可开启众多新应用，有效解决信任和隐私问题将是成功实现6G 服务的关键前提。

五、认识与建议
中国在白皮书制定中的话语权仍有增长空间。

参与此次白皮书撰写的70位专家中，按地区和
国家来看，欧盟人数最多（50人），占71.43%；中国次之（7人），占10%；美国5.71%（4人），居第三位；韩国占4.29%，居第四位；沙特、英国各为2.86%。

欧洲国家中，芬兰28人，瑞典5人，德国4人，法国、丹麦、挪威、意大利及英国均为2人。

按机构和企业来看，奥卢大学贡献了最多的参与者（7人），占比10%；诺基亚贝尔实验室次之（4人），占比5.71%；爱立信、华为、诺基亚三家企业并列第三（3人），占比均为4.29%。

近两年美欧日等主要国家和通信行业领军型企业也已经在加快布局研发6G，特别是，美欧日意图抢抓新一轮移动通信标准主导权。

2019年2月，特朗普呼吁美国要尽快发展6G，认为这是事关未来竞争优势的关键领域。

3月，美国联邦通讯委员会（FCC）
决定开放面向未来6G 网络服务的“太赫兹”频谱，首批释放的6G 实验频谱范围在95GHz 到3THz 之间，有望为数据密集型应用提供超高速网络接入，如超高分辨率成像和传感应用。

2019年3月，
日欧决定将联合推进后5G 技术研发，美国贝尔实验室也对外宣布已开展6G 研发，提出了“无物不互联、无人不互联、无地不互联”的发展愿景，并明确了6G 发展的关键驱动要素及13项具体的技术指标。

三星、LG、爱立信、华为等全球通信巨头也已经投入布局6G，以抢抓未来市场竞争优势。

有企业提出6G 技术大约在2030年后可用。

当前是全球5G 商用大面积拓展的重要阶段，更是前瞻性布局6G 的关键时期，近期我国也已启动6G 研发工作。

但总体来看，全球6G 关键指标、技术路线、应用场景等均处在探索起步阶段，6G 所依托的移动通信基本理论和方法仍是各方面临的共同挑战。

为此，我国宜进一步加强对移动通信基础理论探索和技术攻关力度，着力推进6G 研发国际交流与合作，积极发声，特别是在6G 愿景、关键技术指标、重点政策等方面，尽早与国际各方达成共识，积极参与到新一轮国际标准制定
进程中。