5G应用创新与6G技术演进

　　【摘要】5G作为我国网络强国建设的重点突破领域，在系统级的研发方面走在了世界的最前列。文章介绍了5G技术框架与应用创新，以及我国在5G技术发展中突出的贡献。随着5G的大规模商用，6G已经成为新一轮科技竞争的焦点。我们要推进全场景5G网络大规模商用，为未来6G发展奠定基础。

　　【关键词】5G;技术;应用;6G;研究

　　一、5G技术框架及应用创新

　　(一)移动通信发展历程、核心技术及应用特征

　　移动通信整体的发展脉络，从1G到5G，实际上跨越三个阶段，应用特征发生了三次根本性的变革。第一个阶段是从模拟到数字。从20世纪80年代的第一代模拟通信到90年代的第二代数字通信，这是移动通信第一次大的变革。这一阶段解决移动通信的基本业务，话音业务以及一些数字消息业务。

　　第二个阶段是从窄带到宽带。2000年第三代移动通信实现宽带化，实际上这个目标到2010年第四代移动通信才基本上完成。大家都体会到，3G刚刚推出的时候，业务能力对移动互联网的支持是非常有限的，到了4G，移动宽带已经快速普及，催生了移动互联网业务的蓬勃发展。从窄带到宽带，这是移动通信第二次大的变革。第三个阶段是从移动互联网到移动信息基础设施(高可靠、低时延)。从5G开始，移动通信又发生第三次大的变革，从移动互联网支撑垂直行业，也就是渗透到社会各行各业，这是一个大的变革，我们预计这个大的变革可能会持续十年甚至更长的时间才能非常好地完成。

　　(二)5G：从应用场景到技术需求ITU(国际电信联盟)在2014年给出5G三大应用场景，增强移动宽带、海量机器类通信、超高可靠低时延通信。传统移动通信只强调增强移动宽带，即只强调传输速率和移动性。现在的技术指标强调覆盖，强调延时，强调可靠性，强调这个终端的待机时间，特别是靠近供电(设施)的电池待机时长要求更高，可能要十年甚至更长。

　　(三)愿景：5G应用改变社会——增强宽带，万物互联4G改变生活，5G改变社会。怎么改变?有三大类应用。第一类是大视频业务，包括广电非常关心的AR/VR/XR、4K/8K高清应用，以及一些游戏等应用，它对带宽要求非常高。另外两类和物联网有关，一类是大连接业务，就是海量传感与物—物互联应用;另一类是高可靠低时延业务，包括车联网及工业应用。我们看一下华为xLab总结的5G新型应用10大场景：1.云VR/AR——实时计算机图像渲染和建模;2.车联网——远控驾驶、编队行驶、自动驾驶;3.智能制造——无线机器人云端控制;4.智慧能源——馈线自动化;5.无限医疗——具备力反馈的远程诊断;6.无线家庭娱乐——高清8K视频和云游戏;7.联网无人机——专业巡检和安防;8.社交网络——超高清/全景直播。

　　9.个人AI辅助——AI辅助智能头盔;10.智慧城市——AI使能的视频监控。以上场景对传输速度和传输时延要求是非常高的，不是现有的4G系统能支撑的，需要5G技术加以支撑。总结起来，5G传得快，反应快，举一个例子，包剪锤游戏，人类永远赢不了机器，人类的反应时间是60毫秒，AI+5G的反应时间是20毫秒，人类出手的瞬间，机器反应出来了，所以它可以做到很多人类不可能做到的事情。利用5G和人工智能可以进一步改变世界。

　　(四)5G系统基本构成与产业链5G的产业链非常长，我把它简单分了一下，包括终端设备、基站设备、网络设备。既包括硬件设备，也包括软件设备，还有关键技术等，所以整个供应链非常长，在某些环节上被卡脖子也是非常正常的。产业链上我国也有相对比较薄弱的地方，所以我们希望能够形成一个和谐的供应链，这是5G发展的一个非常重要的目标。不见得所有的环节都是我国本地企业来提供，最好是能够多渠道、多厂商供应，这样它的产业链和稳定性将会提升许多。

　　(五)5G技术框架与标准为了实现三大场景下一系列的技术应用，我们需要什么样的5G技术框架与标准呢?我国在这方面做了一些贡献，比如说定义了5G的技术能力，率先提出了5G的技术框架，这包含两个大的部分，一个是灵活统一的空中接口，一个是新型的网络构架。

　　5G有非常多的应用场景，并且这个场景变化是非常大的。我们采用了一系列的技术使得5G的空中接口和网络变得足够灵活，最大可能地满足各种各样的应用。5G和4G对比，第一次把三大场景用统一接口来支撑，支持灵活的设计，支持更高的传输效率，用大规模天线、更高频谱效率，非正交接入、高效海量支持小数据物联，满足更为普适性的应用(移动互联网+移动物联网)，更加灵活的网络资源自由度，更加具有挑战性的系统设计。

　　二、我国在5G技术发展中的突出贡献

　　移动通信是国家关键网络基础设施，是推动国民经济发展、提升信息化水平的重要引擎。5G作为我国网络强国建设的重点突破领域，“十三五”规划以及国家信息化发展战略中，均把5G作为优先发展的内容。

　　我国在2013年左右，和全球同步启动了5G的研究，全面推进5G需求、技术、标准、产业及国际合作等。利用我国的制度优势，产学研密切结合，顶层设计，协同推进，5G整体性的推进非常强。我国的移动通信技术从4G的并跑迅速发展到在5G系统级的研发方面走在世界的最前列。从2014年开始，在三部委组织下，在推进全世界范围内5G的技术交融和技术实验，分三个阶段，第一个是关键技术的实验，第二个是方案的验证，第三个是系统级的验证，一直到2019年，已经进入商用阶段。我国是率先用5G无线技术试验支撑国际标准发展的国家，对于支撑全球范围内5G核心技术标准的形成做出了重要贡献。

　　我国还成立了5G推进组，全面协调5G的研发活动包括技术创新、标准推进、产业协作、国际合作等。我国全面参与5G国际标准的制定，在整个3GPP标准化组织里面，有30多个职位，投票权23%，文稿数量占到了1/3左右，牵头项目达到了45%左右。从这些具体的数字上可以看到我国为5G做出的贡献。我国所做的贡献还体现在5G标准基本专利占比明显提升。我国推动形成全球统一的5G国际标准，华为、中兴在3GPP5G标准企业披露的基本专利超过2400项。截至2019年2月，我国企业在欧洲电信标准化协会声明的5G标准必要专利占比达到32.3%，位居全球第一位。另外，我国面向5G典型场景，全面满足ITU指标。从这些层面上也看出我国在推动5G方面的贡献。

　　三、5G向6G技术的未来演进

　　随着5G的大规模商用，6G已经成为新一轮科技竞争的焦点。我国于2019年11月启动了国家6G专项研究计划，成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组，标志我国6G技术研发工作正式启动。其他各国首脑也在谈6G，美国提出“卫星+太赫兹=6G”的概念;日本提出了未来6G技术的发展路线图，希望2024年5G覆盖率达到98%，为6G奠定基础，2030年全面引入6G商用，并且要占据30%的全球市场份额;韩国希望在2028年率先实施6G，确保韩国成为首个6G的商用国家。新一轮在移动通信领域的竞争已经全面开启。ITU也启动了面向2030年的6G研究工作，计划于2022年6月，完成未来技术趋势研究报告，详细描述5G之后的技术演进方向，计划于2023年6月，完成6G系统整体目标、应用场景和主要系统能力等。

　　6G的特征是超连接、更高速率与可靠性、更低时延、更宽覆盖、更加智能。紫金山实验室率先启动了6G的研究，目前有一支将近200人的队伍从事6G关键技术的研发。我们提出了6G的发展愿景，就是全覆盖、全频谱、全应用、强安全。全频谱，移动通信从第一代(1G)发展到第五代(5G)，用来发送和接收的数字信息越来越多，越来越快，所以用的电磁波频率越来越高。到6G，在深耕低频段、超低频段的同时，将向毫米波、太赫兹和可见光等高频发展。根据目前的测算，如果用毫米波频段，移动传输速率将达到5G的100倍，达到1TB/秒。到6G更高的频段，全频谱是非常自然的。全覆盖，现有的4G、5G覆盖地球表面的7%还不到，剩下没有信号覆盖的93%怎么办?靠卫星和地面网络的融合，我们叫星地融合，可以覆盖无边无际的沙漠海洋和人迹罕至的高山密林。实际上是靠地面的网络来解决容量问题，靠卫星来解决覆盖问题。

　　两者有机的结合才真正能够满足全人类的需求。全应用，5G已经迈向全应用，6G会派生出来一些更新的场景，比如数字孪生，在虚拟的数字空间中复制出现实世界，利用这个虚拟的数字城市、数字社区、数字物体，再借助人工智能等技术，做设计、做规划，做各种推演推算，让我们面对现实的选择不再纠结;远程全息无人智能系统，与远在万里之外的人面对面互动——不是互相在屏幕上看“大脸”，而是面对栩栩如生的全息3D立体影像。这些应用对于流量、时延的要求更高。和4G时代的信号基站不一样，进入5G时代就开始需要一种特殊的信号发射装置——大规模天线阵列。

　　通信论文范例：5G通信技术在泛在电力物联网的应用

　　将数十上百个天线和芯片集成到一块“平板”上，5G的高频信号就可以稳定、安全地发送到用户的手机上，而且信号稳定干扰小。6G通信就更需要这种大规模天线阵列，而且要求更高。紫金山实验室经过不断探索，已经研制出全球首个基于CMOS工艺、阵元数高达10000个的高集成毫米波相控天线阵列，解决了6G未来大规模商用的某些瓶颈问题。而且，这种装置从芯片到天线阵全面自主可控，为我国持续引领5G/6G奠定基础。目前我们要推进全场景5G网络大规模商用，在实现良好覆盖的同时，充分利用5G大连接、低时延、高可靠的基础传输能力，有效支持车联网、工业互联网等垂直行业广泛普及应用;在冬奥会、特殊行业等部署典型应用与示范，促进毫米波5G产业应用技术逐渐成熟，为未来6G发展奠定基础。

　　作者：尤肖虎