前言

當前，全球新一輪科技革命和產業變革正在加速演進，人工智能（AI）、VR/AR、三維（3D）媒體和物聯網等新一代信息通信技術的廣泛應用產生了巨大的傳輸數據。

資料顯示，2010年全球移動數據流量爲7.462 EB /月，而到2030年，這一數字將達到5016 EB /月，移動數據流量的快速增長對移動通信系統的迭代提出了更高的要求。

此外，在製造、交通、教育、醫療和商業等社會的各個領域，智能化正成爲不可逆的趨勢。爲了實現智慧城市的願景，數百萬個傳感器將被嵌入到城市中的車輛、樓房、工廠、道路、家居和其他環境中，需要具有可靠連接性的無線高速通信方式來支持這些應用。

隨着通信需求的提升，移動通信從1G逐步發展至現在的5G，並且5G已經在全球範圍內開始大規模部署。

5G與4G相比，能夠提供新功能並實現更好的服務質量（QoS）。儘管如此，以數據爲中心的智能化系統的快速增長對5G無線系統的能力帶來了巨大挑戰。例如要保證虛擬現實（VR）設備良好的用戶體驗，至少需要10 Gbps的數據速率，這已經是超越5G（B5G）後才能實現的目標。

爲了克服5G應對新挑戰的性能限制，需要開發具有新功能特性的6G無線系統。

一方面，6G要實現對傳統蜂窩網絡所有功能的融合，例如支持網絡緻密化、高吞吐量、高可靠性、低能耗以及大規模連接。

另一方面，6G將運用新技術實現服務和業務的拓展，包括AI、智能可穿戴設備、自動駕駛汽車、擴展現實（XR）和3D投影等。

賽迪智庫無線電所發佈了此份白皮書。本白皮書將從6G願景、6G應用場景、6G網絡性能指標、6G潛在關鍵技術、國際組織和各國6G研究進展等方面展開討論，並提出加快我國推進6G研發的相關建議。

01、從5G走向6G：打通虛實空間泛在智聯的統一網絡

自上世紀80 年代以來，移動通信基本上以十年爲週期出現新一代革命性技術（如圖1所示），持續加快信息產業的迭代升級，不斷推動經濟社會的繁榮發展，如今已成爲連接人類社會不可或缺的基礎信息網絡。

從應用和業務層面來看，4G 之前的移動通信主要聚焦於以人爲中心的個人消費市場，5G 則以更快的傳輸速度、超低的時延、更低功耗及海量連接實現了革命性的技術突破，消費主體將從個體消費者向垂直行業和細分領域全面輻射。

特別是在5G與人工智能、大數據、邊緣計算等新一代信息技術融合創新後，能夠進一步賦能工業、醫療、交通、傳媒等垂直行業，更好地滿足物聯網的海量需求以及各行業間深度融合的要求，從而實現從萬物互聯到萬物智聯的飛躍。

▲圖1 移動通信的演進歷程（1G~6G）

5G 的目標是在滿足個人用戶信息消費需求的同時，向社會各行業和領域廣泛滲透，實現移動通信網絡從消費型應用向產業型應用的升級。

儘管當前5G尚未大規模應用和深入滲透，但從5G標準的規範來看，仍然在信息交互方面存在空間範圍受限和性能指標難以滿足某些垂直行業應用的不足。

例如，從通信網絡空間覆蓋範圍看，5G仍然是以基站爲中心的發散覆蓋，在基站所未覆蓋的沙漠、無人區、海洋等區域內將形成通信盲區，預計5G 時代仍將有80%以上的陸地區域和95%以上的海洋區域無移動網絡信號。

此外，5G的通信對象集中在陸地地表10km以內高度的有限空間範圍，無法實現“空天海地”無縫覆蓋的通信願景。

從行業應用的網絡性能需求看，更大的連接數密度、更大的傳輸帶寬、更低的端到端時延、更高的可靠性和確定性以及更智能化的網絡特性，是移動通信網絡與垂直行業融合應用得以快速推廣和長遠發展的必然需要。

例如，對於智能工廠，6G能夠將時延縮減至亞秒（<1ms）級甚至是微秒（μs）級，從而能夠逐步取代工廠內機器間的有線傳輸，實現製造業更高層級的無線化和彈性化。

另外，目前5G的連接數密度約爲每平方米一個連接設備，隨着傳感器技術和物聯網應用的發展，在很多應用場景下每平方米連接的設備數量將超過1個，5G網絡將無法承擔更大連接設備的接入，必須依賴下一代6G網絡超大連接數性能的支撐。

基於上，我們認爲6G 總體願景是基於5G 願景的進一步擴展和升級。

從網絡接入方式看，6G將包含多樣化的接入網，如移動蜂窩、衛星通信、無人機通信、水聲通信、可見光通信等多種接入方式。

從網絡覆蓋範圍看，6G願景下將構建跨地域、跨空域、跨海域的空—天—海—地一體化網絡，實現真正意義上的全球無縫覆蓋。

從網絡性能指標看，6G無論是傳輸速率、端到端時延、可靠性、連接數密度、頻譜效率、網絡能效等方面都會有大的提升，從而滿足各種垂直行業多樣化的網絡需求。

從網絡智能化程度看，6G願景下網絡和用戶將作爲統一整體，AI在賦能6G網絡的同時，更重要的是深入挖掘用戶的智能需求，每個用戶都將通過AI 助理（AIA，AI assistant）提升用戶體驗。

從網絡服務的邊界看，6G的服務對象將從物理世界的人、機、物拓展至虛擬世界的“境”，通過物理世界和虛擬世界的連接，實現人—機—物—境的協作，滿足人類精神和物質的全方位需求。

02、6G應用場景展望

6G未來將以5G提出的三大應用場景（大帶寬，海量連接，超低延遲）爲基礎，不斷通過技術創新來提升性能和優化體驗，並且進一步將服務的邊界從物理世界延拓至虛擬世界，在人—機—物—境完美協作的基礎上，探索新的應用場景、新的業務形態和新的商業模式。

● 人體數字孿生

當前網絡條件下，數字技術對人體健康的監測主要應用於宏觀身體指標監測和顯性疾病預防等方面，實時性和精準性有待進一步提高。

隨着6G技術的到來，以及生物科學、材料科學、生物電子醫學等交叉學科的進一步成熟，未來有望實現完整的“人體數字孿生”，

即通過大量智能傳感器（>100個/人）在人體的廣泛應用，對重要器官、神經系統、呼吸系統、泌尿系統、肌肉骨骼、情緒狀態等進行精確實時的“鏡像映射”，形成一個完整人體的虛擬世界的精確複製品，進而實現人體個性化健康數據的實時監測。

此外，結合核磁、CT、彩超、血常規、尿生化等專業的影像和生化檢查結果，利用AI技術可對個體提供健康狀況精準評估和及時干預，並且能夠爲專業醫療機構下一步精準診斷和制定個性化的手術方案提供重要參考。

● 空中高速上網

爲了給乘客提供飛機上的空中上網服務，4G/5G時代通信界爲此做過大量的努力，但總體而言，目前飛機上的空中上網服務仍然有很大的提升空間。

當前空中上網服務主要有兩種模式——地面基站模式和衛星模式。如採用地面基站模式，由於飛機具備移動速度快、跨界幅度大等特點，空中上網服務將面臨高機動性、多普勒頻移、頻繁切換以及基站覆蓋範圍不夠廣等帶來的挑戰。

如採用衛星通信模式，空中上網服務質量可以相對得到保障，但是成本太高。

爲了解決這一難題，6G將採用全新的通信技術以及超越“蜂窩”的新穎網絡架構，在降低網絡使用成本的同時保證在飛機上爲用戶提供高質量的空中高速上網服務。

● 基於全息通信的XR

虛擬現實與增強現實（AR/VR）被業界認爲是5G 最重要的需求之一。

影響AR/VR 技術、應用和產業快速發展的一大因素是用戶使用的移動性和自由度，即不受所處位置的限制，而5G網絡能夠提升這一性能。

隨着技術的快速發展，可以預期10年以後（2030~），信息交互形式將進一步由AR/VR逐步演進至高保真擴展現實（XR）交互爲主，甚至是基於全息通信的信息交互，最終將全面實現無線全息通信。

用戶可隨時隨地享受全息通信和全息顯示帶來的體驗升級——視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺乃至情感將通過高保真XR充分被調動，用戶將不再受到時間和地點的限制，以“我”爲中心享受虛擬教育、虛擬旅遊、虛擬運動、虛擬繪畫、虛擬演唱會等完全沉浸式的全息體驗。

● 新型智慧城市羣

隨着數字時代的不斷演進，通信網絡成爲智慧城市羣不可或缺的公共基礎設施。對城市管理部門而言，城市公共基礎設施的建設和維護是重要職責。

目前，由於不同的基礎設施由不同的部門分別建設和管理，絕大部分城市公共基礎設施的信息感知、傳輸、分析、控制仍處於各自爲政現狀，缺乏統一的平臺。

作爲城市羣的基礎設施之一，6G 將採用統一網絡架構，引入新業務場景，構建更高效更完備的網絡。

未來6G網絡可由多家運營商投資共建，採用網絡虛擬化技術、軟件定義網絡和網絡切片等技術將物理網絡和邏輯網絡分離。

人工智能（AI）深度融入6G 系統，將在高效傳輸、無縫組網、內生安全、大規模部署、自動維護等多個層面得到實際應用。

● 全域應急通信搶險

6G將由地基、海基、空基和天基網絡構建成分佈式跨地域、跨空域、跨海域的空—天—海—地一體化網絡。

到2030年以後，“泛在連接”將成爲6G網絡的主要特點之一，完成在沙漠、深海、高山等現有網絡盲區的部署，實現全域無縫覆蓋。

依託其覆蓋範圍廣、靈活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面災害影響等特點，6G通信網絡在應急通信搶險、“無人區”實時監測等領域應用前景廣闊。

例如，在發生地震等自然災害造成地面通信網絡毀壞時，可以整合天基網絡（衛星）和空基網絡（無人機）等通信資源，實現廣域無縫覆蓋、隨時接入、資源集成支撐應急現場遠距離保障和扁平化的應急指揮。

此外，利用6G網絡還可以對沙漠、海洋、河流等容易發生自然災害的區域進行實時動態監控，提供沙塵暴、颱風、洪水等預警服務，將災害損失降到最低。

● 智能工廠PLUS

利用 6G 網絡的超高帶寬、超低時延和超可靠等特性，可以對工廠內車間、機牀、零部件等運行數據進行實時採集，利用邊緣計算和AI等技術，在終端側直接進行數據監測，並且能夠實時下達執行命令。

6G中引入了區塊鏈技術，智能工廠所有終端之間可以直接進行數據交互，而不需要經過雲中心，實現去中心化操作，提升生產效率。不僅限於工廠內，6G可保障對整個產品生命週期的全連接。

基於先進的6G網絡，工廠內任何需要聯網的智能設備/終端均可靈活組網，智能裝備的組合同樣可根據生產線的需求進行靈活調整和快速部署，從而能夠主動適應製造業個人化、定製化C2B的大趨勢。

智能工廠PLUS將從需求端的客戶個性化需求、行業的市場空間，到工廠交付能力、不同工廠間的協作，再到物流、供應鏈、產品及服務交付，形成端到端的閉環，而6G貫穿於閉關的全過程，扮演着重要角色。

● 網聯機器人和自治系統

目前，一些汽車技術研究人員正在研究智能網聯汽車。6G有助於網聯機器人和自主系統的部署，無人機快遞系統就是這樣的一個案例。

基於6G無線通信的自動車輛可以極大地改變我們的日常生活方式。6G系統將促進自動駕駛汽車或無人駕駛汽車的規模部署和應用。

自動駕駛汽車通過各種傳感器來感知周圍環境，如光探測和測距（LiDAR）、雷達、GPS、聲納、里程計和慣性測量裝置。6G系統將支持可靠的車與萬物相連（V2X）以及車與服務器之間的連接（vehicle to server）。

對於無人機（UAV），6G將支持無人機與地面控制器之間的通信。

無人機在軍事、商業、科學、農業、娛樂、城市治理、物流、監視、航拍、搶險救災等許多領域都有廣闊的應用空間。

此外，當蜂窩基站不存在或者不工作時，無人機可以作爲高空平臺站（HAPS）爲該區域的用戶提供廣播和高速上網服務。

03、6G網絡性能指標及潛在關鍵技術

● 性能指標

6G網絡將實現甚大容量與極小距離通信（VLC&TIC）、超越盡力而爲與高精度通信（BBE&HPC）和融合多類通信（ManyNet），相較於5G，6G的峯值速率、用戶體驗速率、時延、流量密度、連接數密度、移動性、頻譜效率、定位能力、頻譜支持能力和網絡能效等關鍵指標都有了明顯的提升，具體指標對比如表1所示。

▲表1 6G與5G關鍵性能指標對比

● 潛在關鍵技術

下一代信道編碼及調製技術

針對各國及相關產業界願景設想，6G網絡將實現100Gbps的數據速率，使用高於275GHz頻段的太赫茲（THz）頻段，信道帶寬也是以GHz爲單位。同時面臨毫米波、空間、海洋等更爲複雜的業務傳輸場景，對底層的信道編碼及調製相關技術提出新的挑戰。

新一代信道編碼技術

作爲無線網絡通信的基礎技術，新一代信道編碼技術應提前對6G網絡的Tb/s 的吞吐量、GHz爲單位的大信道帶寬、太赫茲（THz）信道特性、空天海地網絡架構下基於複雜場景干擾的傳輸模型特徵進行研究和優化，對信道編碼算法和硬件芯片實現方案進行驗證和評估。

目前業界已經開始了一些預先研究，包括結合現有Turbo、LDPC、Polar 等編碼機制，開展未來通信場景應用的編碼機制和芯片方案；針對AI技術與編碼理論的互補研究，開展突破糾錯碼技術的全新信道編碼機制研究等。

與此同時，針對6G網絡多用戶/多複雜場景信息傳輸特性，綜合考慮干擾的複雜性，對現有的多用戶信道編碼機制進行優化。

極化多址接入系統的設計與優化

當前業界普遍觀點是非正交多址接入(NOMA，non-orthogonal multiple access )將成爲當前5G和下一代6G 移動通信的代表性多址接入技術，將當前極化編碼技術引入上述系統，依據廣義極化的總體原則，優化信道極化分解方案是5G/6G發展中不可或缺的一環。

由此可見，6G網絡將進一步賦能極化多址接入系統的設計與優化，可以結合6G網絡和業務場景的需求，對NOMA 總體架構和關鍵技術進行深入研究和升級，構建基於多用戶（智能化、泛在化“物物”連接）原則的極化編碼通信機制，對相應的算法進行進一步優化處理。

基於深度學習的信號處理技術

結合6G無線通信關鍵參數，需要對基於深度學習的信號處理技術進行深入研究和優化，業界目前從基於深度學習的信道估計技術和基於深度學習的干擾檢測與抵消技術開展相關工作。

基於深度學習的信道估計技術可以通過空−時−頻三維信道估計算法建模，對用戶信道、傳輸環境等關鍵參數進行自主學習，對6G通信系統信道進行預測，主要涉及神經網絡、長短期記憶網絡等關鍵技術。

基於深度學習的干擾檢測與抵消技術主要針對6G 網絡複雜多小區場景的干擾進行自主學習和預測，優化干擾檢測與抵消機制，主要基於CNN、LSTM 等經典神經網絡模型。

新一代天線與射頻技術

6G系統頻段可達太赫茲（THz），天線體積小型化，業界稱6G系統天線將是“納米天線”，給傳統天線及射頻、集成電子和新材料等領域帶來顛覆性變革，賦能超大規模天線技術、一體化射頻前端系統關鍵技術等。

超大規模天線技術（Very Large Scale Antenna）

超大規模天線技術（Very Large Scale Antenna）是更好發揮天線增益，提升通信系統頻譜效率的重要手段。

當前6G太赫茲頻譜特性研究還處於初級階段，超大規模天線在理論和工程設計上面臨大範圍跨頻段、空天海地全域覆蓋理論與技術設計、射頻電路的高功耗和多幹擾等問題，需要從以上問題出發，建立新型大規模陣列天線設計理論與技術、高集成度射頻電路優化設計理論與實現方法、以及高性能大規模模擬波束成型網絡設計技術、新型電子材料及器件研發關鍵技術等機制，研製實驗樣機，支撐系統性能驗證。

一體化射頻前端系統關鍵技術

針對6G移動通信高集成、大容量等技術特性，應對6G網絡可用頻段範圍內大規模天線和射頻前端技術進行研究。

針對核心頻段技術要求和電路建模理論，優化天線架構和系統集成技術。探索高效率易集成收發前端關鍵元部件以及輻射、散熱等關鍵技術問題，突破超大規模MIMO 前端系統技術等。

同時研究新型器件設計方法，探索基於第三代化合物半導體芯片的集成與封裝技術。研究從封裝方面提升電路性能的方法，實現毫米波芯片、封裝與天線一體化，優化前端系統的整體射頻性能。

太赫茲無線通信技術與系統

太赫茲技術被業界評爲“改變未來世界的十大技術” 之一，6G的一個顯著特點就是邁向太赫茲時代。

當前，太赫茲通信關鍵技術研究還不夠成熟，很多關鍵器件還沒有研製成功，需要持續突破。

結合6G網絡和業務需求，太赫茲領域主要研究內容包括：

太赫茲空間和地面通信和信道傳輸理論，包括信道測量、建模和算法等。

太赫茲信號編碼調製技術，包括高速高精度的捕獲和跟蹤機制、波形&信道編碼、太赫茲直接調製、太赫茲混頻調製和太赫茲光電調製等。

太赫茲天線和射頻系統技術，包括新材料研發、新器件研製、太赫茲通信基帶、天線關鍵技術、高速基帶信號處理技術和集成電路設計方法等。

太赫茲通信系統實驗、太赫茲硬件及設備研製等。

空天海地一體化通信技術

業界有觀點認爲，6G網絡是5G網絡、衛星通信網絡及深海遠洋網絡的有效集成，衛星通信網絡涵蓋通信、導航、遙感遙測等各個領域，實現空天海地一體化的全球連接。

空天地海一體化網絡將優化陸（現有陸地蜂窩、非蜂窩網絡設施等）、海（海上及海下通信設備、海洋島嶼網絡設施等）、空（各類飛行器及設備等）、天（各類衛星、地球站、空間飛行器等）基礎設施，實現太空、空中、陸地、海洋等全要素覆蓋。

當前，衛星通信納入6G網絡作爲其中一個重要子系統得到普遍認可，需要對網絡架構、星間鏈路方案選擇、天基信息處理、衛星系統之間互聯互通等關鍵技術進行深入研究。針對深海遠洋通信網絡納入6G網絡還處於初步論證、爭議較大的環節。

軟件與開源網絡關鍵技術

6G網絡軟件和開源的特性將更爲明顯，以便於軟硬件換代升級更加便利和高效。

6G網絡的硬件將更爲集成化、模塊化和白盒化，軟件將更爲本地化、個性柔性化和開源化，未來網絡基礎設施建設和優化升級將主要依託雲存儲資源和軟件升級，充分挖掘各類軟件與系統對6G網絡控制作用。

基於上述發展趨勢，現有軟件與開源網絡關鍵技術將得到持續發展，包括大數據挖掘及處理、人工智能AI、軟件無線電（SDR）、軟件定義網絡（SDN）、數據雲化、開源分佈式網絡軟件及系統、開源網絡安全、軟硬件系統集成等關鍵技術。

基於AI 的無線通信技術

6G網絡不可避免涉及高密度網絡、天線陣列和數據量等通用問題，但高度自主智能化的超靈活網絡是其最爲明顯的特徵之一。

6G智能化應該是貫穿於網絡端到端每一個環節的，人工智能AI將通過網絡數據、業務數據、用戶數據等多維數據感知學習，高效實現地面、衛星、機載等設備之間的無縫連接，並可進行實時高速切換，網絡的自主管理和控制學習系統將持續得到優化升級，最終實現“無人駕駛”一樣的自主自治網絡。

關鍵技術包括智能核心網和智能邊緣網絡、自組織和深度學習網絡技術、基於深度學習的信道編譯碼技術、基於深度學習的信號估計與檢測技術、基於深度學習的無線資源分配技術等。

區塊鏈技術

5G網絡運營商爲了優化服務，採用網絡切片等技術控制和處理流量，開展用戶差異化質量服務。

6G網絡將持續完善用戶個性化制定服務，採取更爲豐富的手段，針對流量管理、邊緣計算等進行每個用戶的智能化柔性定製服務，整個網絡體系採用自動化分佈架構，網絡更加趨於扁平化，這就使得新興的區塊鏈技術備受期待。

區塊鏈是分佈式數據庫，可以利用其分佈式信息處理技術，通過數據的去中心化傳輸和存儲保證用戶信息不被第三方竊取，穩步提升網絡服務節點之間的協作效率，提高不同運營商網絡協同服務能力，甚至改變未來使用無線頻譜資源的方式。

動態頻譜共享技術

6G的太赫茲頻率特性使其網絡密度驟增，動態頻譜共享成爲提高頻譜效率、優化網絡部署的重要手段。

動態頻譜共享採用智能化、分佈式的頻譜共享接入機制，通過靈活擴展頻譜可用範圍、優化頻譜使用規則的方式，進一步滿足未來6G 系統頻譜資源使用需求。

未來結合6G大帶寬、超高傳輸速率、空天海地多場景等需求，基於授權和非授權頻段持續優化頻譜感知、認知無線電、頻譜共享數據庫、高效頻譜監管技術是必然趨勢。

同時也可以推進區塊鏈+動態頻譜共享、AI+動態頻譜共享等技術協同，實現6G時代網絡智能化頻譜共享和監管。

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