1.2　5G演进与愿景

截至2020年年底，虽然5G刚进入商用起步阶段，相关技术特性和标准协议还需要继续增强完善，物联网及垂直行业应用场景的业务模式仍然需要继续探索，但以移动通信大约每10年更新换代一次的速度来看，对于后5G概念与技术的研究已经势在必行。

ITU于2018年7月成立网络2030焦点组，以探索后5G技术[9]。芬兰政府于2018年启动了与6G相关技术的研究[10]。2019年3月15日，美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）投票决定了开放太赫兹频谱用于6G实验。2019年3月，芬兰举办了全球首届6G峰会，来自29个国家的近300名与会者参加了会议，该活动的6G愿景宣言抓住了6G的本质，即“无处不在的无线智能”。峰会结束后，组织者举办了研讨会并起草了第一份6G白皮书《6G泛在无线智能的关键驱动因素及其研究挑战》。该白皮书于2019年9月由芬兰奥卢大学与70位世界顶尖通信专家共同发布，书中从7个方面分析了6G的主要驱动因素、研究要求、挑战和基本研究问题[11]。2020年2月，ITU启动了面向2030年及未来6G的研究工作，标志着6G正式被纳入国际标准化组织研究计划[12]。

我国最早于2018年1月启动6G概念研究。2018年3月，工业和信息化部部长苗圩在采访中表示我国已经开始着手研究6G。中国移动研究院在2019年9月发布了我国第一份6G报告《2030+愿景与需求报告》[13]。2019年11月3日，科学技术部会同国家发展和改革委员会、教育部、工业和信息化部、中国科学院、国家自然科学基金委员会在北京组织召开6G技术研发工作启动会，会议宣布成立了国家6G技术研发推进工作组和总体专家组，正式启动和部署中国的6G研究工作。2020年3月，赛迪智库无线电管理研究所正式发布了由其编写的《6G概念及愿景白皮书》，从愿景、应用场景、网络性能指标、潜在关键技术、国际组织和各国6G研究进展等方面进行了介绍[14]。

3GPP的5G标准化已经日益成熟，随着2020年7月Rel-16的冻结以及Rel-17的全面展开，3GPP对6G的研究也已经提上了日程。从其发布的时间表来看，3GPP拟于2023年开启对6G的研究，并计划在2025年开始对6G技术进行标准化。

5G的愿景是“万物互联”，但是5G的连接对象主要集中在陆地的有限空间范围内，且与垂直行业的结合迄今还面临着需求模糊化、标准碎片化等诸多挑战，如何实现5G与垂直行业的深度融合还需要相当长的时间。而6G将在5G的基础上进一步扩大连接的范围，并与大数据、人工智能等技术相结合，实现“泛在连接、万物智联”的宏伟愿景。如图1-6所示，6G催生出例如全息通信、数字孪生、智慧城市群、智能工厂、智赋农业、超能交通、无人区探测等全新的愿景和应用[13-14]。

1.2.1　全息通信

VR、AR和扩展现实（Extended Reality，XR）被看作下一个万亿级市场，而这些业务需要高速率、低时延的无线网络的支撑。6G网络能满足这样的大容量、低时延的需求。在未来，用户可通过互联基础设施，随时随地享受全息通信和全息显示带来的体验升级——视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉乃至情感等重要感觉通过高保真XR充分支撑，用户将不再受到时间和地点的限制，可以通过完全沉浸式的全息体验，更好地认识世界、解放自我、实现多维感觉互通与情感交流。

利用全息通信，传统视频会议有望转换到虚拟面对面会议，在极短的时间内实现实时运动的真实投影信息传输，如图1-7所示。具体来说，需要实现具有立体声音频的三维视频传输，并且可以容易地重新配置以捕获同一区域中的多个物理存在，并可以与接收到的全息数据进行交互，然后根据需要修改接收到的视频。为了实现全息信息的传输，需要利用6G极大带宽的可靠通信，这对6G的用户感受速率、传输时延、定位能力、人工智能（Artificial Intelligence，AI）赋能和本地算力都提出了新的要求。

1.2.2　数字孪生及应用

在体域网应用方面，5G主要实现人体的健康监测以及疾病的初级预防等功能。随着分子通信理论和纳米材料、传感器等前沿技术的突破性进展，以及生物科学、材料科学、生物电子医学等交叉学科的进一步成熟，面向未来的体域网将进一步实现人体的数字化和医疗的智能化，未来有望实现完整的“人体数字孪生”。6G可以通过大量智能传感器（＞100个/人）在人体的广泛应用，对重要器官、神经系统、呼吸系统、泌尿系统、肌肉骨骼、情绪状态等进行精确实时的“镜像映射”，形成一个完整人体的虚拟世界的精确复制品，如图1-8所示，进而实现人体个性化健康数据的实时监测。

通过对现实世界人体的数字重构，孪生体域网将构造出虚拟世界个性化的“数字人”。通过对“数字人”进行健康监测和管理，可实现人体生命体征全方位精准监测、靶向治疗、病理研究和重疾风险预测等，为人类健康生活提供保障。数字孪生还可以被用于社会的各个方面。如图1-9所示，是其在制造行业的应用，分别对高铁车头和发动机进行孪生，促进智能制造的数字化转型和信息化及智能化升级。

1.2.3　智慧城市及应用

智慧城市是把6G等新一代信息技术充分运用在城市各行各业中，实现基于知识社会创新的城市信息化高级形态。智慧城市将信息化、工业化与城镇化深度融合，从而缓解“大城市病”，提高城镇化质量，实现精细化和动态管理，并提升城市管理成效、改善人们生活质量。如图1-10所示，智慧城市包括智慧园区、平安城市、智慧交通、应急联动、电子政务、智慧环保、智慧社区、智慧物流、智慧医疗、数字城管、食品安全、智慧旅游等，6G是智慧城市发展不可或缺的公共基础设施。

传统的城市由于不同的基础设施由不同的部门分别建设和管理，绝大部分城市公共基础设施的信息感知、传输、分析、控制仍处于“各自为政”的状态，缺乏统一的平台。作为城市群的基础设施之一，6G可以采用统一网络架构，引入新的智能业务场景，使用网络虚拟化、软件自定义、网络切片等技术，并结合人工智能的方法，实现对城市的精细化、智能化的统一管理，从而减少资源消耗，降低环境污染，解决交通拥堵，消除安全隐患。在智能城市应用场景，6G将在高效传输、无缝组网、内生安全、大规模部署、自动维护等多个层面发挥重要作用，解决5G面临的速率、连接数、时延、智能性等方面的问题。

1.2.4　工业互联网和智能工厂

工业互联网的本质和核心是把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接起来，形成跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的互联互通，从而提高效率，推动整个制造服务体系的智能化。基于工业互联网，有利于推动制造业融通发展，实现制造业和服务业之间的跨越发展，使工业经济各种要素资源能够高效共享，达到高度自动化、信息化、网络化的生产模式，从而顺利实现智能制造。

工业互联网的重要组成之一是智能工厂，即工厂内的人、机、料三者相互协作、相互组织；而工厂之间，通过端到端的整合和横向的整合，可以实现价值链共享、协同和有效，可以使费率、成本、质量、个性化有质的飞跃，进而构建基于工业互联网的智能工厂。一个应用示例如图1-11所示。智能工厂不仅可以起到预测工业生产发展因素的作用，还可以借助数字域进行实验室中的生产研究，进一步提高生产创新力。

实体工厂中部署了大量的智能传感器，用于状态传感和数据采集，并由智能化的管理系统进行实时监控。利用6G网络的超高带宽、超低时延和超可靠等特性，可以对工厂内车间、机床、零部件等运行数据进行实时采集；利用边缘计算和AI等技术，直接在终端进行数据监测，并且能够实时下达执行命令。利用内嵌的区块链（Blockchain）技术，智能工厂所有终端之间可以直接进行数据交互，而不需要经过云中心，实现了去中心化操作，提升了生产效率。

不仅限于工厂内，6G还可保障对整个产品生命周期的全连接。工厂内任何需要联网的智能设备/终端均可灵活组网，智能装备的组合同样可根据生产线的需求进行灵活调整和快速部署，从而能够主动适应制造业个人化、定制化的大趋势。

更进一步，数字和虚拟工厂是基于实际工厂的数字化模型，基于6G，未来拟对整个制造过程进行全面的建模和验证，从而优化制造过程。此外，管理系统还会根据对市场数据的实时动态分析制定工业生产、存储和销售方案，以保障工业生产利益最大化。

1.2.5　智赋农业

6G将继续赋能垂直行业的应用，包括建筑和工厂自动化、制造、电子医疗、运输、农业、监视和智能电网。这些垂直行业更关注连接可靠性、传输等待时间和安全性等。为了将这些垂直行业整合到6G，需要对5G的mMTC进一步演进。

在5G赋能农业的基础上，6G智赋生产将进一步解放农业劳作，提高全要素生产率，推进农业物联网发展和成熟应用。如图1-12所示，6G智赋农业是通过各种传感器实时显示或将传感器作为自动控制的参变量参与到农业物联网中，为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

具体来说，在6G智赋农业物联网中，运用温度传感器、湿度传感器、pH值传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、pH值、光照强度、土壤养分、二氧化碳浓度等物理量参数，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制，确保农作物生长在最佳条件，从而实现以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式平滑演进到以信息和软件为中心的生产模式。

总之，6G融合陆基、空基和海基的泛在覆盖网络将进一步解放生产场地，数字孪生技术可预先进行农业生产过程模拟推演，提前应对负面因素，进一步提高农业生产能力与利用效率。同时，运用信息化手段紧密连接城市消费需求与农产品供给，可为农业产品流注入极大的活力，推进智慧农业生态圈建设。大数据、物联网、云计算等技术将支撑更大规模的无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）、机器人、环境监测传感器等智能设备，实现人与物、物与物的全连接，在种植业、林业、畜牧业、渔业等领域大显身手。

1.2.6　超能交通与一体化控制

5G提出了车联网，赋能交通运输业，使交通运输初步实现网联化，并开始走向智慧化，辅助驾驶、远程驾驶和自动驾驶将提升交通安全，提高出行效率。如图1-13所示，6G将进一步向超能交通演进，实现多模态互联交通运输的愿景以及从无人驾驶到完全智能的车联网扩展，通过城市的一体化超级大脑，进行空天地海一体化控制，实现多维感知、AI决策、通信联动、泛在协同等。6G将促进自动驾驶汽车或无人驾驶汽车的大规模部署和应用。自动驾驶汽车通过各种传感器来感知周围环境，如光探测和测距（LiDAR）、雷达、GPS、声纳、里程计和惯性测量装置，而6G将实现多维信息感知、高速传输与机动组网，以及集中边缘自适应计算的深度融合，实现可靠的车与万物（V2X）相连以及车与服务器之间的连接。

基于6G，超能交通将在交通体验、交通出行、交通环境等方面具有突出优势。全自动无人驾驶将进一步模糊移动办公、家庭互联、娱乐生活之间的差异，通过有序运行的“海—陆—空—太空”多模态交通工具，使人们享受到按需定制的立体交通服务。新型特制基站同时覆盖各空间维度的用户、城市上空无人机等，使得无人机路况巡检、超高精度定位等多维合作护航成为可能，从而塑造可信安全的交通环境。

1.2.7　应急通信和无人区探测

5G主要侧重陆地覆盖，需要在边远地区和海洋等场景的全覆盖方面进一步增强演进。为此，6G将由地基、海基、空基和天基网络构建成分布式跨地域、跨空域、跨海域的空天海地一体化网络，完成在沙漠、深海、高山等现有网络盲区的部署，实现全域无缝覆盖。依托其覆盖范围广、灵活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面灾害影响等特点，进行机动敏捷无线组网。

6G将充分利用无人机、空中平台、低轨卫星等，进行广域覆盖和应急通信，并探索通信和感知探测一体化，推动组网便捷化、管制精细化与生态智能化。依托6G覆盖范围广、灵活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面灾害影响等特点，在即时抢救、无人区探测等社会治理领域应用前景广阔。通过6G的全覆盖和“数字孪生”，实现“虚拟数字大楼”构建，可迅速制定出火灾等灾害发生时的最佳救灾和人员逃生方案。如图1-14所示，通过无人机、空中平台、低轨卫星的实时探测，可以实现诸如台风预警、洪水预警和沙尘暴预警等功能，为灾害防范预留时间。