6G进展与未来展望

刘光毅，王莹莹，王爱玲

(中国移动通信有限公司研究院，北京 100053)

0 引言

回顾移动通信的整个发展历史，“十年一代”的更新节奏涵盖了关键技术研究、标准化、产业化和商业应用推广的所有环节，每一代移动通信技术都试图去解决当时行业发展和应用面临的问题，把通信技术的发展推向新的高度。最初的1G提供了移动语音通信的解决方案，但成本高体验差；后面的2G很好地解决了这些问题并实现了移动语音应用的全球普及；3G开始尝试数据通信，虽然不很成功但培育了应用生态，为4G实现移动互联网的快速繁荣奠定了很好的基础；4G开始探索物联网应用，而5G则希望实现万物互联。

随着5G应用的快速渗透、科学技术的不断突破、DICT的深度融合，6G将在5G基础上全面支持世界的数字化，即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、物和物之间将可以通过数字化世界来传递信息与智能[1]。孪生的数字世界是物理世界的映像，帮助人类更进一步地提升生活质量，提高生产效率，实现“6G重塑世界”的美好愿景。

从马斯洛的需求模型可以看出，随着人们自身需求的不断满足，对通信的需求也在不断提升，由此推动着移动通信的螺旋式发展与提升。4G带来移动互联网应用的空前繁荣，5G将会推动万物互联，可以把人们的感官外延推广到新的高度。当然，无论是从当前的社会发展形态还是从人自身的心理和生理需求来看，还有很多自身的渴望和需求远远没有得到满足，比如现今所面临的交通拥堵、就医困难等，还不足以使得人们能够真正地解放自我，去追求自身价值的终极实现。所以，面向未来6G网络发展，我们需要思考待解决问题是什么。结合马斯洛的需求模型，可以看出通信的需求提升将经历4个泛在的阶段：沟通的泛在、信息的泛在、感知的泛在以及智慧的泛在。其中，智慧的泛在是希望通过智慧的应用帮助人们更好的解放自我，让人们从日常的繁琐沟通等事务中解放出来，有更多的时间和精力去追求和实现自我价值。如果说5G帮助人们实现感知的泛在，那6G的目标就是如何实现“智慧泛在”。

1 6G国内外发展现状

自2019年以来，全球5G发展迅速，中国5G基站的部署规模超过全球部署的70%，同时也是全球率先大规模部署SA的国家。结合移动通信产业“用一代、做一代、看一代”的发展规律，6G的研究率先在学术界展开。全球通信技术发达的国家和地区，如美国、欧盟、中国、日本和韩国等也都出台了相应的6G研发规划和举措，其中影响力较大的是芬兰的Oulu大学，受芬兰政府资助，启动了其6G旗舰项目6Genesis，并在2019年3月率先组织了第一个全球6G无线峰会，此后联合国际上主要的大学、研究机构和企业发布了面向6G的一系列技术白皮书，具有较大的影响力。韩国的6G发展规划最为激进，提出2028年要在全球率先商用6G，同时希望韩国能在6G核心标准专利的份额方面成为全球第一、智能手机市场份额全球第一、通信设备市场份额全球第二。日本则提出要在2030年实现6G的商用，希望通过6G构建起在集成电路和材料等方面的国际竞争力，实现6G专利份额达到10%以上，6G基础设施的全球市场份额达到30%。欧盟延续了其5G研发思路，正在逐步出台6G研究计划和项目的实施，由诺基亚和爱立信牵头的6G旗舰项目Hexa-X已在2020年正式启动，并发布了6G愿景和需求白皮书。由于受5G部署频率的限制，美国的5G商用进展较为缓慢，有政府官员和学者甚至提出直接跳过5G发展6G，所以美国FCC 2018年就开放了THz频率用于6G的研究和试验，美国国防部也资助了通信和感知融合的研究项目；2020年底，美国成立Next G产业联盟，希望重塑美国在移动通信技术标准和产业中的主导地位。

2019年6月，工信部成立了6G推进组IMT-2030；2019年11月，科技部联合国内多个部门成立了6G技术研发推进工作组和总体专家组，开始全面布局和推进6G的研究工作。此外，国内外企业，如中国移动、中国联通、大唐移动以及VIVO等也都自2019年以来陆续发布了6G白皮书。IMT-2030推进组也在2021年6月发布了第一版6G愿景和需求的白皮书。

借鉴整个5G的研发历程，可以初步研判，整个6G研发将大概分为两个阶段：第一个阶段(2018—2025)，愿景、需求的定义和关键技术的研究验证、系统概念设计与原型验证；第二个阶段(2026—2030)，3GPP开始相关标准的研究和制定，端到端产业化推进，业务和应用培育以及商用部署。目前全球关于6G的研究正处于定义愿景需求、寻找关键技术的阶段，正在百花齐放、百家争鸣。

目前业界的研究人员对6G的认识还比较片面，不足以形成对6G的全面认识。比如，有的研究者认为6G就是THz，因为6G需要提供Tbit/s的峰值速率，所以需要超大的带宽，而THz可以提供足够的带宽。THz的缺点也同样突出，由于其频点高、传播损耗大，难以提供蜂窝小区的覆盖距离；但可以较好地发挥THz在感知方面的特长，所以其将在感知与通信融合方面发挥重要作用。也有人认为6G就是卫星通信，尤其是马斯克的星链计划给大家带来了巨大的想象空间；但卫星通信网络无法提供有效的室内覆盖，所以无法取代地面移动通信系统。不过卫星通信系统对于提供低空无人机、飞行器、飞机以及海面、高山和沙漠等地面通信系统难以部署场景下的覆盖具有先天优势，所以卫星通信系统也将是6G的重要组成部分。也有研究人员认为6G就是AI，但是AI并不能解决6G所面临的所有问题和挑战，尽管其在通信系统中必然会有相当大的应用前景，但AI仅仅将成为6G网络的基础能力之一，广泛服务于网络自身以及外部的客户。也有人说6G就是语义通信，觉得它可能是一种颠覆式的数据传输承载方式；尽管通过场景化的、AI驱动的编码可以提升信源编码的效率，带来传输效率的大幅提升，但语义通信业仅能够助力链路传输效率的提升，在6G面临的能耗、成本等挑战方面还无能为力。

2 行业组织工作计划与标准化展望

随着6G研究的推进，全球主要的移动通信行业组织也纷纷启动6G工作，如图1所示。国际电联ITU-T自2019年就开始了6G相关议题的研究，如数字孪生网络、AI等；ITU-R自2020年开始了6G愿景和技术趋势的研究，并讨论ITU-R的6G工作时间表。目前关于ITU-R最终颁布6G国际标准的确切时间还存在争议，有的公司建议加速6G的标准化，在2028年颁布ITU-R认定的6G标准，以满足韩国2028年商用6G的目标；而更多的公司则认为应该给5G的发展预留足够的时间窗，保持十年一代的标准演进节奏，在2030年左右颁布ITU-R认定的6G国际标准更合适。当然，3GPP会根据ITU-R制定的6G时间表确定其6G标准制定的时间计划，预计在2026年前后开始正式的6G可行性研究工作。全球运营商联盟NGMN曾经在全球4G和5G的标准制定和选择中扮演了重要角色，为全球统一标准和统一生态的构建做出了巨大贡献。目前NGMN已经发布了6G愿景白皮书，目前研究6G的典型应用场景，随后会凝练出6G具体的性能需求指标并形成白皮书，希望能够联合运营商的力量，为6G的发展制定一个合理的目标，更好地引导全球6G的研究方向，促进行业的健康和可持续发展。

图1 全球行业组织6G工作时间表Fig.1 6G work plan of global industry organization

3 6G愿景与需求

5G、云计算、大数据与人工智能等技术的结合，必将加速整个社会走向数字化。那么数字化的下一个阶段是什么？本文认为就是数字孪生。在未来乃至2030年以后，整个社会不仅有一个物理世界，还会形成一个数字化世界。数字化的世界由物理世界的数字化镜像组成，基于数字世界，可以模拟物理世界的运行状态，预测物理世界的发展趋势等。基于这些预测形成一些预防性措施，提前干预物理世界的运行，由此改变未来。数字孪生最早用在飞机发动机的预测性维护上，如果飞机的发动机在飞行的过程中出故障，产生的结果将是灾难性的，乘客和航空公司都难以承受。所以，飞机发动机制造企业通过数字孪生技术来预测整个飞机发动机的运行状况、可能发生的故障，提前进行维护，保证飞机自由飞翔而不会出现故障。相信这一理念，将会逐步渗透到社会的各行各业、各个角落，从而形成一个数字孪生的世界。

在数字孪生世界中，AI技术的应用将非常广泛。AI可能是迄今为止最热的一项技术，希望能够在2030年以后实现智慧泛在的发展愿景，使得AI的应用能够无处不在。

目前“数字孪生、智慧泛在”[1-3]的社会发展愿景基本成为业界的共识。在这样的社会发展愿景下，将会涌现出非常多的全新应用场景，比如人的数字孪生、全息交互、通感互联及智能交互等，如图2所示[3]。

图2 6G典型应用场景Fig.2 Typical usage scenario of 6G

第一个全新的应用场景是人的数字孪生。通过穿戴或植入传感器，深入采集人体的各种信息，并基于设定的模型，构造一个数字化的人体，称为数字人。数字人可以对人体局部的器官、身体的循环系统等进行模拟和仿真，进而可以预测人体可能发生的病变，并对干预的手段进行仿真验证，确认其能达到预期的效果之后，再将该干预手段施加到物理的身体上，进而避免疾病(比如脑梗、心梗等)的发生，实现“治未病”的最高医学境界。通过这种方式，可以极大地提升人类生命的质量和生活的质量，解决当今社会所面临的就医难问题。当然，基于这些身体数据还可以做很多事情，比如器官研究、精准医疗、病毒培育以及手术辅助等，它将会对人类生命质量的提升起到非常重要的辅助作用。

第二个应用场景是通感互联。现有的通信系统可以实现视觉和听觉的传递和交互，而在未来人们希望能够传递更多的感觉，如触觉、嗅觉、味觉等，甚至人的情感都可以传递和交互，实现通感的互联。有了通感互联，机器和机器之间的协同、虚拟社交等都不再是一个梦想，我们可以传递拥抱，也可以通过教练和运动员之间的通感互联，提升技能学习的效率和效果，甚至带来革命性的改变。

第三个应用场景是超能交通。未来的交通可以是空天地一体式交通，有会飞的汽车、无人的送货机以及水里的交通工具等，人们可以根据出行的路径、交通状况、目的地等个性化地定制出行方式，最大化满足出行的需求。为此，网络必须支持更多新能力，包括精准定位、可靠性和安全性要求很高的连接能力等。

第四个应用场景就是全息交互。全息将会彻底改变沟通和交互的形式，实现沉浸式体验的升级，带来生活、娱乐和工作方式的革命。也许未来在开会时，演讲者是全息的投影，听众有可能也是一个个全息的投影。

第五个应用场景是智能交互。一方面，交互的形式将会变得智能，特别是人机的交互，将更加情景化、个性化，特别是在残障、智障、病患、小孩以及老人的情感陪护等方面，带来更深层次的人文关怀体验；另一方面，智能作为技艺和经验的凝练，可以直接在人与人、人与机器、机器与机器之间交互，极大地提升学习效率和协同效率。

从刚才提到的场景可以看出，未来的业务和应用将会发生非常大的变化，呈现出许多新特征：第一是需求将会变得更加多元化和碎片化，对网络能力需求的动态范围会更大，包括速率、时延、可靠性等；第二是覆盖的立体化，不仅只考虑地面的覆盖，还需要考虑三维的覆盖，因而需要考虑卫星作为补充的覆盖手段；第三是交互的形式和交互的内容将会更加多样化，不再是现在的简单人机界面或者简单的沟通内容；第四是业务的开放化和定制化，追求个性化将是人类实现自我解放和自我价值的一种重要表现形式，个性化的业务定制将会为行业带来更多的商业模式，开放化的业务可使任何人都能成为业务的提供者，而不仅是被动地接受运营商和互联网业务提供商的服务；第五是通信、感知、计算、AI和安全等的深度融合，未来通信网络提供的将不再只是通信的功能，而是包括计算能力、AI能力、安全能力和感知能力在内的综合能力体系，由此来拓展整个6G网络的应用空间。

基于这些应用场景的分析，可以推导出其对网络能力的需求，由此形成6G网络的KPI需求，如图3所示。怎么满足这些指标，将是未来行业共同努力的方向，通过从频谱、无线传输技术、网络架构、网络功能、安全、AI能力以及技术平台等方面的突破，实现6G网络技术体系质的飞跃。

图3 6G场景化的关键性能指标Fig.3 Usage scenario oriented KPI of 6G

从图3可以看出，未来场景化的6G KPI定义将是6G需求指标定义的重要形式。当然，对每个6G场景下的网络技术指标体系的数值，业界还没有达成共识，还需要结合应用和技术的发展去进一步丰富和完善。

面向2030年的“数字孪生、智慧泛在”发展愿景，许多全新的应用场景都对网络的能力提出了更多、更高的要求，如图3所示，除传统的通信功能之外，还需要确定性QoS、更精准的定位、姿态感知、计算能力、AI能力、安全能力等。所以未来6G网络将不再简单提供通信连接的能力，还需提供更加综合的能力体系，以支持更加丰富多彩的应用场景。

4 6G频谱的认识

移动通信依赖于电磁波传播所使用的频谱。面向2030年，很多新的应用场景将会出现，毫无疑问，它们将导致移动通信网络的业务量不断增长，所以6G需要更多的频谱；6G需要支持非常高的传输速率，如Tbit/s，因此需要更大的连续带宽；另一方面，6G也需要无缝覆盖，需要更多的低端频谱。那更多的频谱从哪儿来？连续大带宽从哪儿来？这些都是6G研究和标准制定之前亟待回答的问题。

从4G和5G发展的历史来看，频率的规划和选择至关重要。5G实现了Sub-6GHz的100 MHz带宽的载波，毫米波达到了400 MHz的带宽，结合大规模天线技术，实现了1 Gbit/s以上的峰值速率，带来了用户体验的升级；我国选择的Sub-6GHz优先发展的产业策略比较好地兼顾了覆盖和速率的需求，每个运营商100 MHz的频率分配使得运营商有条件建设一张全国覆盖的5G精品网络，为我国5G的快速发展打好了基础。面向6G，网络的发展仍然需要兼顾覆盖、成本和能力提升的需求，所以如果能在6GHz左右，为每个运营商分配500 MHz以上的连续频谱，它所带来的网络成本效率和网络能力的提升都会是巨大的，将非常有利于6G网络实现能力和成本效率的量级提升。同时，运营商目前所使用的频谱非常零散和碎片化，这给实际的网络部署、终端设计等都带来了巨大的挑战，6G需要解决多频谱协同使用的问题。因此6G需要想办法提升频谱利用效率，特别是中低频段的频谱利用效率；另一方面，6G需要支持全频段的接入，包括授权频谱、非授权频谱、Sub-6GHz、太赫兹、可见光、毫米波等，需要充分考虑其特点、应用场景，采用高效的频谱使用方式。此外，考虑到2G、3G、4G、5G、WiFi等，6G网络需要支持频谱的动态管理，把有限的频谱资源有效利用起来，特别是低频段，比如5G和6G之间，授权和非授权之间等，以便充分利用闲置的资源来满足用户的体验。

面向6G，如图4所示，一方面需要10 GHz以下的连续大带宽频率以保证基础的网络覆盖，支持无缝的地面覆盖网络部署，保障基础的业务能力提升；另一方面，也可以考虑根据业务的需要，按需部署与动态开启毫米波、THz和可见光等高频段，满足超高速率、超大容量的业务需求，或者在提供数据传输的同时，提供定位等感知能力，进一步拓展6G网络能够支持的应用场景。表1对比了目前业界开发的不同频段的基站所具备的数据传输能力，相信随着技术和器件的进步，这些能力还将继续提升，特别是可见光，如果能够突破器件的带宽限制，速率将非常可能提升到数十Gbit/s。

图4 6G频率使用方案Fig.4 Spectrum strategy for 6G network

表1 不同频段的带宽和能力对比

5 无线传输技术

无线传输技术决定了无线链路传输的效率和能力，是6G研究的重点，也是业界最期待有重大突破的领域。目前，学术界和工业界关注的无线传输技术主要包括五方面：

① 通过增加天线数来提升传输效率。Massive MIMO[4]已经成为了5G的标志性技术，在6G时代，希望能够进一步拓展Massive MIMO的规模和应用范围，通过分布式协同实现更大规模的Massive MIMO，进一步提升传输效率，保证用户在移动网络中有覆盖的地方用户体验比较均匀，更好地解决用户在离基站近的地方和小区边缘体验差距大的难题。从5G的应用情况来看，Massive MIMO已经支持192天线和64通道，相对于4G的8天线，可以带来3～5倍频谱使用效率提升，但也面临复杂度高、成本高、功耗大等方面的挑战。未来在移动通信典型环境下，进一步增大天线数和通道数规模可能会是非常大的挑战。面向6G，Massive MIMO的主要发展方向在于如何进一步提升其对场景的适应性、优化高移动速度场景、降低系统开销、优化计算复杂度、提升多用户配对效率等。同时，面向室内等密集部署的场景，利用多个天线点协作构成大规模的天线阵列，实现分布式Massive MIMO[5]也将是未来6G重点关注的方向，其主要需要解决的问题有多个站点之间的射频通道校准、多个天线点之间的同步、高效的协作簇选择、低复杂度的多用户调度与赋形。

② 电磁超材料的应用。电磁超材料的研究是目前6G研究的一大焦点，通过数字化和可编程的低成本人工单元阵列设计，电磁超材料天线可以实现天线阵列的方向性接收和发送，带来信号传输和覆盖效率的提升。电磁超材料在天线领域的应用主要可分为3类：第一类是提升传统的无源天线性能，包括提升天线增益、控制波束形状、降低辐射单元之间的耦合等，目前已在5G中开始应用；第二类是可控无源反射面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)[6-7]，通过预置控制或者基站辅助的控制，实现电磁超材料表面的方向性接收和反射，提升覆盖的效率和用户速率体验，解决覆盖空洞的问题；第三类是用信息超表面来取代传统收发信机的波束赋形的天线阵列及其控制单元，甚至信息的调制。目前，东南大学及其他院校已在超表面天线提升频谱效率和覆盖方面的研究取得较大进展，并开始了外场测试。如图5所示，中国移动也在研究信息超表面发射器，尝试通过数字编程的方式，来控制载波的信号幅度相位等，由此来取代传统的收发机设计，提升功率效率。电磁超材料的应用需要考虑很多实际限制，阵列单元的可靠性与稳定性、带外辐射的控制、带内的增益平坦度、控制单元的响应速度以及控制带来的成本和开销等。

图5 外场测试中无源反射面对接收信号强度的提升Fig.5 Received signal strength of RIS

目前，电磁超材料在通信中的应用也存在较大局限性，和现有模拟波束赋形相似，其对信号接收和反射的方向性控制是全带宽的。这会限制多用户的空间和频率选择性调度，也容易导致同一频段内的其他运营商网络干扰放大。目前考虑的解决方案是实现窄带的表面单元或者增加滤波器，但这些方式可能带来成本的大幅增加。

③ 场景化的编码与多址优化。在5G时代，polar码和LDPC得到了应用。到了6G时代，由于应用场景变得更加复杂，对网络能力、时延、可靠性等方面提出了新的要求，需要探索编码、多址和调制针对不同场景需求的优化，尤其需要考虑不同频段射频器件对通信链路和系统的影响。面向6G，需要对速率、时延和可靠性联合优化设计，研究统一的多址接入理论框架，以通过统一的架构实现针对不同场景的不同优化接入方式。

④ 感知通信一体化[8-9]。6G网络需要具备环境感知能力，因此在信息传递过程中融合信息采集和信息计算，实现感知通信一体化是目前很有前景的技术方向之一。在移动通信网络中，采用感知通信一体化方案，需要强大计算能力的支持与协助，感知功能是网络环境信息的来源，通信功能是网络协作的基础，计算功能是融合和挖掘多智能体共享信息的手段，而三大功能又互有关联、互相补充。实现三者一体化设计，不仅可以节省频谱、空间、载荷等资源，也使三者的性能互相增强。未来6G网络不仅仅提供通信的功能，手机或者基站都有可能变成一个雷达，实施对环境进行探测感知，比如说人体的姿态、手势、机器人的位置、车与车的位置等，以此来进一步拓展6G的应用场景，如无人机的协同和管控、机器人之间的协作、智能的手势和肢体交互等，如图6所示。

图6 感知通信一体化Fig.6 Integration of sensing and communication

感知通信一体化的研究，需要着重考虑感知和通信是否可以一体化，如频率、天线和射频链路等是否可以复用，感知和通信的信号设计准则是否可以折中等。

⑤ AI辅助的空口传输[10-12]。随着集成电路工艺的不断提升，算力的提升和大数据的应用加速了AI的应用，AI已经成为6G研究的一大热点。传统的通信系统设计都是从统计稳定性和可靠性的角度出发进行优化设计，而AI的应用则是希望尽可能利用数据的特征，个性化地优化通信过程。目前AI在移动通信中的潜在应用有很多，包括网管、核心网、传输网络和无线网等领域。从AI应用的三要素来看，需要着重解决算法的适应性、算力和数据的可获得性。但是对于移动通信系统来说，动态的传播环境会带来无线信号传播特性的动态变化，周围小区的负载变化也会带来干扰的动态变化，由此大大增加无线传输优化的复杂度和难度，也就带来了AI应用的泛化性问题，AI能否真正地为无线传输带来稳定的增益和足够的性价比是目前研究需要回答的问题。物理层AI研究的热点包括AI驱动的信道译码与解调优化、基于信道预测的CSI反馈压缩和波束赋形、Massive MIMO的广播权值优化、基于内容和环境上下文感知的语义通信等。目前的AI应用研究都是场景驱动，结合特定的应用场景，考虑如何解决AI算法、数据的采集和传输，以及所需算力的实现，我们把这种实现方式称为外挂式或者嫁接式的AI，很难完全实现预期效果。所以，内生AI成为6G研究的一个新方向，通过端到端的内生AI设计，将AI打造成网络的基本能力，提供给网络自身和外部客户调用。中国移动和华为发起成立了开放论坛6G Alliance of Network for AI(6GANA)，联合学术界和产业界共同开展相关的研究，探索网络AI的需求场景、网络架构、数据模型管理、理论算法与验证平台等，致力于把AI打造成未来6G网络的能力和服务，做到对内服务于网络，对外服务于第三方客户。

6 空天地一体化的覆盖

从图3可以看出，6G的应用场景将会更加丰富，除提供传统的地面覆盖之外，还需要考虑近空以及海面、高山、沙漠等地面基站建设困难区域的覆盖，卫星通信将是传统地面移动通信系统的重要补充。近期，随着卫星通信技术的不断进步，马斯克的星链计划再次将卫星通信系统推到了风口浪尖。2015年1月，马斯克宣布SpaceX计划将约1.2万颗通信卫星发射到轨道组成星链以提供互联网服务，其中1 584颗将部署在地球上空550 km处的近地轨道，并从2020年开始工作。这一项目被命名为“星链(Starlink)”。2020年，Starlink最终计划发射4.2万颗卫星为全球提供更大的卫星通信容量。但是，由于卫星通信信号无法直接覆盖室内环境，且其上行链路的功率预算有限等原因的限制，卫星通信系统无法完全取代地面移动通信系统，但会在近空覆盖、深空通信、海面、高山及沙漠等偏远地区场景提供有竞争力的服务，所以空天地一体化覆盖将是6G的一个重要特征。

传统的卫星通信产业相对封闭，技术标准分散不统一规模难以共享，成本高难以大规模普及。同时，由于卫星通信系统的技术标准体系完全独立于蜂窝移动通信系统，现有的卫星系统和地面蜂窝系统之间仅能实现简单的业务互通，无法保证业务QoS的无缝衔接。5G NTN已经开始考虑如何实现地面和卫星技术标准融合，以支持用户业务的延续性。目前，3GPP正在定义卫星透明转发的工作模式，通过卫星接收终端信号，将用户信号变频到卫星的频段发给地面接入网关，然后接入到核心网，如图7(a)所示。同时，3GPP也将研究基站上星的方案，即将5G基站放到卫星上，卫星解出用户的数据后通过卫星的协议进行转发，通过地面接入网关接入到核心网，如图7(b)所示。

(a) 卫星透明转发 (b) 卫星星上处理图7 5G非地面网络考虑的透明转发和解码转发系统结构Fig.7 Transparent forwarding and decoding & forwarding of NTN network

考虑卫星链路的时延较大，需要对现有的5G协议进行必要的修改才能适配真实的部署场景。

面向6G，卫星和地面系统的融合需要进一步考虑核心网的融合，如图8所示[12]，卫星基站和地面蜂窝基站都可以作为独立的一个频点和模式接入到统一的核心网中，同时通过统一的接入协议和流程设计，保证用户在不同的接入模式之间无感知的平滑切换，从而确保业务体验的一致性。

图8 6G空天地海一体化的融合接入网络Fig.8 Integration of space,sea and terrestrial network

7 新型的网络架构

从面向垂直行业的差异化、碎片化业务的应用拓展来看，6G网络架构需要有更大的突破才能真正灵活地适应未来网络能力指标范围更为动态的业务发展需求。6G网络架构演进和发展的驱动力主要来自三方面：

① 随着业务与应用的不断演进与发展，5G网络能力总是会遭遇瓶颈，需要新的能力去满足新业务、新应用的需求。

② 5G网络正在面临的问题和挑战也需要在新一代网络架构设计中解决。a.现有的分层空口协议架构很难再进一步降低空口时延；b.单一的固化网络结构导致网络成本越来越高；c.5G支持切片后，是否能够很好地适应差异化和碎片化的垂直行业应用需求还有待验证，其端到端的切片编排和自动化管理能力还需要进一步完善；d.从1G、2G到现在的5G，网络管理维护的自动化水平一直没有太大提升，随着运营商网络部署规模的快速增长，网络运维的复杂度和成本快速增长，成为5G网络发展面临的主要挑战之一。

③ OICDT的融合发展趋势。随着5G的发展，IT、CT 、DT以及OT(Operation Technology)正在走向深度融合，5G核心网已经开始实现ICDT的深度融合，通过云化和服务化，实现了核心网的敏捷、弹性和按需扩容等，定义了端到端的网络切片，可以更加灵活地满足差异化和碎片化的垂直行业需求。面向6G，如何充分利用OT、IT和DT成熟的技术，设计一个更加高效、灵活、成本可控的移动通信网络，是6G网络需要研究的重要方向。

结合6G网络架构演进的驱动力、已有网络发展的经验和教训以及对未来技术发展趋势的分析和理解，本文认为未来网络应具备6大特征[1]。

① 按需服务。毫无疑问，6G网络需要根据客户的需求、上下文环境及偏好等，动态配置需要的端到端资源、功能、能力和参数，提供“网随人动”的服务，保证业务需求的按需满足。

② 至简。现有的网络太复杂、太笨重，未来的6G网络需要尽可能简洁，支持即插即用，支持功能、资源、能力的动态开关，从而节省功耗和成本。至简的6G网络支持分布式的空天地一体化，通过分布式、统一的核心网，融合统一的接入机制和协议流程，终端可以接入不同的制式，包括地面、水下、卫星等系统，实现用户体验的无缝衔接和切换，保证随时随地的6G覆盖。至简网络也需要协议尽量简化，支持数据和信令链路解耦的网络部署，比如用低频段去做信令覆盖，简化移动性管理、保证用户的实时接入，高频段按需开启来支持高速率业务的承载；云化的硬件可以在多个频段和多个基站之间共享，或者在通信功能和AI、感知之间的共享等，由此降低网络整个功耗和成本。

③ 柔性。未来的6G网络应该是一个端到端云化和虚拟化、可软件定义的网络，更好地实现网络的弹性和敏捷，帮助解决能耗和成本问题。柔性网络是端到端软件可定义网络，利用服务化技术进一步对空口协议进行改造，打破过去传统协议分层的概念，实现功能按需配置和动态编排来适应业务，更好地满足个性化、差异化的行业需求。

④ 智慧内生。智慧内生就是让AI变成网络的内生能力，通过网元、终端和平台的协同，实现对AI用例的支持。现有的网络架构已经固化，AI的应用只能是场景驱动，通过不断对网络进行改造或者外挂新的功能网元来实现，数据的采集要么低效(如基于DPI)，要么只能是尽力而为，同时频繁的改造必然会带来管理维护难的问题。未来6G的网络设计将是AI内生的方式，AI就好比是网络的神经系统，AI将会作为网络的一个能力服务网络自身的优化和管理等，同时开放给外部客户去使用；网络可以对AI应用场景进行自动的解析，得出所需要的算法、算力和数据的需求，并按需编排、调度和订阅算法、算力和数据，并对AI应用的效果进行实时评估，并及时对算法、模型进行进一步的调优，以保证用例服务需求的AI QoS的满足。

⑤ 安全内生。内生安全不是简单地把安全作为一个外部的辅助功能，叠加在网络之上。6G网络的目标是把安全设计成网络的免疫系统，基于大数据和AI驱动，动态调整安全的策略、评估安全的态势，实现主动和被动相结合的安全保障；同时，安全作为网络的一个内在的能力，既可为网络自身提供服务，也可以开放给第三方。

⑥ 数字孪生。通过网元的数字化，基于网络大数据、网元模型和AI能力，6G可以在物理网络的基础之上构建起一个数字化的网络，通过物理网络和数字网络之间的交互实现网络的数字孪生，既可以实时再现网络的运行状态，也可以预测网元和未来网络的运行状况、可能出现的故障，提前生成一些预测性的维护措施或者干预措施，并在数字网络中进行仿真验证和调优，可行之后再实施到物理网络中，从而把问题和故障提前解决掉，最终实现网络规、建、维、优的完全自动化，运营维护的零人工干预，极大提升网络运维效率、极大节省网络运维成本。

基于上述特征分析，提出三层四面的网络逻辑框架[13]，如图9所示。未来的网络可以分为三层：第一层是资源层，包括无线、计算、存储等物理的资源；第二层是网络功能层，基于下层资源形成特定的网络功能来支撑上层的服务；第三层是服务层，包括各类的应用和服务。除传统的控制面和用户面，未来网络还需引入新四面，包括数据收集面、智能面、共享与协作面、安全面。为了实现AI的内生，需要数据收集面去实现全域端到端数据的采集、清洗、结构化以及存储等工作来保证数据的按需采集和订阅；需要AI面来为不同应用场景的AI应用提供数据的训练、模型的更新和算法的调优等，保证AI应用需求的满足；同时，为了实现安全内生需要引入单独的安全面，保证安全能够成为整个网络的免疫系统。

图9 三层四面的6G逻辑网络架构Fig.9 6G logical network architecture with 3 level and 4 planes

8 总结与展望

5G已在全球开始大规模的商业部署，全球产业正在围绕2B和2C开展业务和应用的孵化和培育。5G的经验和教训都将成为6G研究非常重要的创新源泉，6G必将进一步继承和发展5G中已经验证可行的技术和理念，比如大规模天线、polar/LDPC码、服务化、云化以及网络切片等。另一方面，6G也需要往前看，去寻找新的创新突破、理论突破、产业突破，比如在物理层技术已经逼近香农限的情况下，如何进一步提升无线传输的效率；在摩尔定律已经接近极限时，拿复杂度换性能的技术路线是否还可以延续，6G需要去重新思考新的产业路径和布局。此外，在需求方面，6G面临的应用场景会更加复杂，需要在网络设计之初考虑到更灵活的适应性。因此，我们既要脚踏实地，也要仰望星空，产、学、研、用协同推动5G往6G的方向演进和发展。