6G在数字孪生和智能泛在中应用

6G在数字孪生和智能泛在中应用

一、引言

移动通信创新的步伐从未停歇，从第一代模拟通信系统（1G）到万物互联的第五代移动通信系统（5G），移动通信不仅深刻变革了人们的生活方式，更成为社会数字化和信息化水平加速提升的新引擎。5G已经步入商用部署的快车道，通信技术将进一步与云计算、大数据和人工智能等新技术深度融合，带来整个社会的数字化和智能化转型，培育出新的需求并推动移动通信技术向下一代移动通信系统（6G）方向演进和发展。

6G 正在成为未来大国科技战略竞争的下一个焦点，各国积极部署6G研发。芬兰政府在世界范围内率先启动6G大型研究计划，美国联邦通讯委员会已为6G研究开放太赫兹频谱，而我国则在2018年3月宣布已经开始着手研究6G。

5G向6G的发展必将经历5G演进（即B5G）和6G两个阶段。目前，B5G和6G的定义和技术需求还处于探索阶段，业界并未得到统一的定义。预计未来几年，世界各国将在6G 技术路线和发展愿景上逐渐达成共识。作为面向2030的移动通信系统，6G将进一步融合未来垂直行业衍生出全新业务，并通过全新架构、全新能力，打造6G全新生态，推动社会走向虚拟与现实结合的“数字孪生”世界，真正实现通过“数字

孪生”与“智能泛在” 实现重塑世界的美好愿景。

二、数字孪生、智能泛在

“马斯洛需求层次理论”将人的需求分成五个层次，受其启发，中国移动将其演化到通信需求层面[1]，提出一种层次化的通信需求模型，分为五个等级：必要通信、普遍通信、信息消费、感官外延、解放自我，如图1 所示。该模型中，通信需求和通信系统构成了螺旋上升的循环关系：需求的出现刺激了通信技术和通信系统的发展，而通信系统的完善将通信需求推向更高的层次，最终实现人类的解放，实现人类智能化的终极追求。

依据新通信马斯洛需求模型，低级需求被满足后，高级需求将自然出现。“4G改变生活，5G改变社会” 印证了人们从未停止对更高性能的移动通信能力和更美好生活的追求。4G时代是数据业务爆发性增长的时代，随着智能手机的普及和消费互联网的发展，从衣食住行到医疗、教育、娱乐，人类的日常生活的便捷性得到极大的提升。5G将开启一个万物互联的新时代，它将实现人与人、人与物、物与物的全面互联，渗透各行各业，让整个社会焕发前所未有的活力。未来，随着5G应用的快速渗透、科学技术的新突破、新技术与通信技术的深度融合，必将衍生出更高层次的新需求，如果说5G时代可以实现信息的泛在可得，6G应在5G 基础上全面支持整个世界的数字化，并结合人工智能等技术的发展，实现智慧的泛在可得、全面赋能万事万物。

在2030年及以后的时代，随着信息和感官的泛在化，整个世界将基于物理世界生成一个数字化的孪生虚拟世界，物理世界的人和人、人和物、物和物之间可通过数字化世界来传递信息与智能（如图2所示）。孪生虚拟世界则是物理世界的数字化模拟，它精确地反映和预测物理世界的每个智能体乃至整个世界的真实状态，并对未来发展趋势进行提前预测，提出和验证对物理世界的运行进行提前干预的必要手段和措施，避免物理世界的个体或群体灾害风险和事故的发生，帮助人类更进一步地解放自我，提升生命和生活的质

量，提升整个社会生产和治理的效率，实现“重塑世界”的美好愿景。

所以，数字孪生不仅在工业领域发挥作用，也将在通信、智慧城市运营、家居生活、人体机能和器官的活动监控与管理等方面大有可为。

同时，随着人工智能和大数据技术的突破，数字孪生世界将为AI的应用提供更广阔的场景，未来6G网络的作用之一就是基于无处不在的大数据，将AI的能力赋予各个领域的应用，创造一个“智能泛在”的世界。所以，6G将通过泛在智能实现万物智联。机器之间可以开展智能协同工作，体域网设备之间可以进行智能监测和协作，人与虚拟助理之间可以进行深度思想交互，甚至人与人之间也可以进行智力交换，全面提升人类学习的技能与效率。

三、6G应用新场景与新业务

面向2030年及以后，在数字孪生世界和智慧泛在的背景下，移动通信的应用场景将会呈现出全新的特点，无处不在的无线连接、大数据和人工智能技术的应用将催生智享生活、智赋生产、智焕社会三个方面的全新应用场景，包含孪生体域网、超能交通、通感互联网、智能交互等。同时移动通信的业务和应用将朝着如下方向发展：一是业务需求的多样化，业务速率和时延等指标的动态范围更大；二是覆盖的立体化，包含空天地海等一体化的网络覆盖；三是交互形式与内容的多样化，包括数据、媒体、生物和智能等；四是业务开放化和定制化，用户可以按需定制网络能力；五是通信、计算、人工智能（Artificial Intelligence, AI）和安全融合化，提供可信、安全的服务。

（一）孪生体域网

体域网是以人体为中心，由和人体相关的各种设备组成的通信网络。5G的体域网主要由各种植于体内和体表的传感器和外部设备组成，常用于人体的健康监测、运动监测等，如器官监测、可穿戴设备、智能外衣等。随着传感器等关键技术的突破性发展，孪生体域网将成为未来主要发展方向，通过体域网络，实现人体数据的全量采集，实时构建一个虚拟的“数字人”，并对人体各个器官乃至整个人体的运行状态

进行实时的模拟和预测，即完美地复制出一个与物理人相对应的数字化身体。利用该“数字人”，我们可以模拟病毒攻击人体的机理，并制定相应的预防方案；可以研究不同器官，比如大脑，探究人类大脑的工作原理；手术时，不仅可以辅助医生判定人体的目前情况，甚至还可以预测患者在特定手术步骤后身体的可能变化，从而辅助医生诊断决策。通过追踪数字化身体各部分的运动与变化，可以更好地进行健康监测和管理，对人体病变等进行预测和提前干预，最大限度地提升人的生命质量。

（二）超能交通

随着科技创新的不断突破，未来人类出行的方式将会变得更加便捷和多样，可以实现立体、多样的超能交通（如图3）。会飞的汽车、背包式个人飞行器、无人驾驶汽车和飞机、水中大巴、胶囊火车等新型的交通工具都将走进人类的生活，按需提供人类所需的交通和运输。所以，未来的交通可能是“海-陆-空-太空”4D的，多模态自由出行将成为人们生活常态，人们能够按需定制立体交通服务，真正实现即时的点对点、门到门的智慧出行。

超能交通的核心是一个强大的城市交通大脑，它包含了AI决策层、思维平台、通信联动层和数据感知层。AI决策层是交通大脑指挥官，负责决策交通事件；思维平台负责分析