0  引言

　　麵向2030年及未來，人類社會將進入智能化時代。社會服務均衡化、高端化，社會治理科學化
、精準化，社會發展綠色化
、節能化將成為未來社會的發展趨勢[1]。移動通信的代際躍遷不僅深刻變革了人們的生活方式，更將成為社會經濟數字化和信息化水平加速提升的新引擎。

　　當前
，全球主要國家已啟動了麵向新一代移動通信係統（6G）的研究，業界正在積極探索未來IMT係統的應用場景和主要性能指標，並開展潛在關鍵技術預研。國際電信聯盟無線電通信部門5D工作組（ITU-R WP5D）在2022年6月份第41次會議期間完成了《未來技術趨勢研究報告》[2]
，並計劃將於2023年6月完成《未來IMT願景需求建議書》[3]。

　　本文結合當前國內外研究進展，在6G總體願景的基礎上，重點提出了未來6G典型應用場景和主要能力指標，並對業界重點關注的創新型潛在關鍵技術進行了分析。

　　1  6G總體願景

　　麵向2030年及未來，在社會宏觀發展進步、經jing濟ji高gao質zhi量liang提ti升sheng以yi及ji環huan境jing可ke持chi續xu發fa展zhan等deng因yin素su的de共gong同tong驅qu動dong下xia，人ren類lei社she會hui將jiang進jin入ru智zhi能neng化hua時shi代dai，全quan新xin的de場chang景jing及ji應ying用yong需xu求qiu將jiang極ji大da拓tuo展zhan移yi動dong通tong信xin網wang絡luo服fu務wu的de能neng力li邊bian界jie，6G將有效服務智能化生產與生活
，助力構建智能普惠的人類社會。6G將與人工智能
、大數據、雲計算等新一代網絡信息技術加速融合；將充分利用低中高全頻譜資源，滿足不同場景及業務應用需求；將實現空天地一體化的全球無縫立體覆蓋，隨時隨地滿足安全可靠的“人機物”無限連接需求。6G將為沉浸式雲XR、全息通信
、感官互聯、智慧交互、通信感知、普惠智能
、數字孿生、全域覆蓋、精密機器控製等5G網wang絡luo難nan以yi實shi現xian的de全quan新xin業ye務wu應ying用yong提ti供gong能neng力li支zhi撐cheng，助zhu力li實shi現xian真zhen實shi環huan境jing中zhong物wu理li實shi體ti的de數shu字zi化hua和he智zhi能neng化hua

，並bing滲shen透tou至zhi生sheng產chan生sheng活huo及ji社she會hui治zhi理li的de方fang方fang麵mian麵mian，實shi現xian世shi間jian萬wan物wu“萬物智聯、數字孿生”的總體願景[1]。

　　2  6G的5個典型場景

　　增強型移動寬帶
、超可靠和低延遲通信
、大規模機器類型通信是5G的三大典型場景，預計麵向2030年及以後的6G將在三大典型場景基礎上不斷擴展（見圖1）。6G不僅將提供以人為中心的沉浸式交互體驗和高效可靠的物聯網場景
，服務範圍也將擴展至全球立體覆蓋。此外
，6G還將超越傳統通信的能力邊界，擴展感知服務和智能化服務的新場景[4]。麵向2030年及以後，6G的典型場景描述如下。

圖1  從5G到6G的典型場景演進

　　2.1  超級無線寬帶

　　超級無線寬帶將是5G增強型移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）的de演yan進jin和he擴kuo展zhan
，不bu僅jin將jiang極ji大da提ti升sheng以yi人ren為wei中zhong心xin的de沉chen浸jin式shi通tong信xin體ti驗yan
，也ye將jiang在zai全quan球qiu任ren意yi地di點dian實shi現xian無wu縫feng覆fu蓋gai。超chao級ji無wu線xian寬kuan帶dai場chang景jing將jiang廣guang泛fan應ying用yong於yu生sheng活huo
、生產、工作、教育、娛樂等多個領域，提升人們的生活質量和社會效率。

　　以人為中心的通信（如沉浸式XR、通感互連
、全息通信和遠程操控）以及以機器為中心的通信（如視頻監測控製和工業機器人觸覺反饋等）在熱點部署的場景下將對峰值速率、用戶體驗速率、xitongrongliangtichugenggaodeyaoqiu。tongshi，haixuyaoshiyandejiangdihewendingxingdetishengyihuodegenghaodeyonghutiyan。quanyufugaiyiweizhequanshiquandiyudekuandaijierunengli，zaikongtiandiyitihuasanweilitiwangluozhongtigongwufengqiehuan、高移動性和高質量用戶體驗。此外，超級移動寬帶也需要提供更高的頻譜效率，在移動高清視頻直播、飛機、輪船或高鐵等高移動性場景下保證高質量的用戶體驗。

　　2.2  極其可靠通信

　　極其可靠通信將在5G低時延高可靠通信（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，URLLC）的基礎上進一步增強能力。典型應用包括智能化工業領域的機器人協作
、無人機群和各種人機實時交互操作
，智能交通係統中的全功能自動駕駛

，精準醫療中的個性化“數字人”及遠程醫療手術，以及智慧能源
、智能家居領域的應用等。

　　chuleyaoqiugengdideshiyanhegenggaodekekaoxingzhiwai，yejiangxinzengdoudongdengquedingxingyaoqiu。ciwai，mouxieqingjingxiahaixuyaotongshijubeigaosushujuchuanshuhechaogaojingdudingweidenengli。

　　2.3  超大規模連接

　　超大規模連接將在5G大規模機器類型通信的基礎上，拓展新的應用領域和能力邊界。超大規模連接的對象將包括智慧城市、智慧生活
、智慧交通、智慧農業和智能製造中部署的各類設備。典型應用有遠程抄表、環境監測、智(zhi)能(neng)燈(deng)杆(gan)互(hu)連(lian)等(deng)。此(ci)外(wai)，未(wei)來(lai)數(shu)字(zi)孿(luan)生(sheng)世(shi)界(jie)將(jiang)通(tong)過(guo)部(bu)署(shu)大(da)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)實(shi)現(xian)

，通(tong)過(guo)日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)中(zhong)的(de)各(ge)類(lei)設(she)備(bei)采(cai)集(ji)並(bing)傳(chuan)送(song)豐(feng)富(fu)信(xin)息(xi)，數(shu)字(zi)孿(luan)生(sheng)城(cheng)市(shi)將(jiang)廣(guang)泛(fan)具(ju)備(bei)海(hai)量(liang)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)

、高精度圖像構建
、高清視頻監控的應用。

　　超大規模連接的場景特點是連網設備數量巨大，但多數可能僅產生零星散發的流量。與5G中僅支持大規模設備的低速率傳輸相比，6G超chao大da規gui模mo連lian接jie設she備bei的de傳chuan輸shu速su率lv可ke能neng從cong低di到dao高gao不bu等deng。數shu據ju包bao的de傳chuan遞di頻pin次ci根gen據ju具ju體ti應ying用yong也ye存cun在zai較jiao大da差cha異yi，從cong一yi天tian一yi次ci到dao幾ji毫hao秒miao一yi次ci。不bu同tong采cai集ji能neng力li的de傳chuan感gan器qi
，其qi壽shou命ming也ye會hui存cun在zai較jiao大da差cha異yi。同tong時shi，這zhe一yi場chang景jing在zai某mou些xie用yong例li下xia也ye需xu要yao支zhi持chi高gao精jing度du定ding位wei、高可靠性和低時延能力。

　　2.4  普惠智能服務

　　普惠智能服務是6G的新增典型場景，通過網絡為需要進行高效分布式AI學習或推理的智能化服務提供集成化的通信和AI計ji算suan能neng力li。它ta不bu僅jin將jiang服fu務wu於yu特te定ding應ying用yong，還hai將jiang服fu務wu於yu未wei來lai整zheng個ge通tong信xin係xi統tong，以yi提ti高gao網wang絡luo整zheng體ti的de性xing能neng和he效xiao率lv。在zai這zhe個ge典dian型xing場chang景jing中zhong，網wang絡luo中zhong的de大da量liang智zhi能neng體ti將jiang聯lian合he執zhi行xing複fu雜za的deAI訓練和推理任務，從而充分利用移動邊緣（包括設備中）的智能算力
，使社會各個角落享受到快捷和靈活的智能服務。此場景的典型應用包括數字孿生數據訓練和推理過程中的圖像識別、生成和預測


，執行複雜任務的機器人協作，以及智能交互中人類和機器之間知識傳遞和技能模式積累。

　　普惠智能服務以提供AI學習和推理為目標，除了通信方麵的大容量和低時延要求外，此場景還需要一組與AI計算性能直接相關的能力指標，如收斂時間、聯合通信和計算的能效
、訓練效率和準確性
、推理效率和準確性等。此外，實現原生可信的網絡安全和數據隱私保護也是此場景的重要條件。

　　2.5  通信感知融合

　　通信感知融合是6G新增典型場景。感知和通信的集成將提供成像
、製圖和定位等超越傳統通信的能力，極大促進超高分辨率和精度的應用需求，如超高精度定位
、高分辨率實時無線地圖構建、基於設備甚至無設備的被動目標定位、環境重建和監控
、手勢和動作識別、產品缺陷監控、訪fang客ke識shi別bie等deng。此ci外wai，通tong信xin感gan知zhi融rong合he也ye將jiang有you助zhu於yu提ti高gao通tong信xin的de性xing能neng和he效xiao率lv
，例li如ru

，通tong過guo考kao慮lv用yong戶hu移yi動dong軌gui跡ji和he環huan境jing變bian化hua來lai優you化hua無wu線xian資zi源yuan利li用yong率lv。通tong信xin感gan知zhi融rong合he可ke以yi廣guang泛fan應ying用yong於yu很hen多duo領ling域yu
，為wei車che聯lian網wang、智能工廠等提供更好的服務。

　　這一場景增加了新的性能維度要求

，如（範圍、速度、角度）的感知分辨率和感知精度、檢測概率、高精度定位等，其要求因應用而異。對於定位和重建功能，需要超高精度和分辨率；對於成像功能，超高分辨率是關鍵；對於手勢和活動識別，檢測概率是首要因素。綜上所述，未來6G的5個典型場景及其特征性業務如圖2所示。

圖2  6G五大典型場景

　　3  主要能力指標

　　為了支撐並實現未來6G的五大場景，未來IMT係統的主要能力指標可以看作是在5G指標體係基礎上的進一步增強和擴充。6G能力既有傳統通信性能指標方麵的提升
，提供更高速率
、更多連接、更低時延、更高精度
、更廣覆蓋
、更geng高gao可ke靠kao性xing

，也ye有you在zai傳chuan統tong移yi動dong通tong信xin基ji礎chu能neng力li之zhi外wai新xin增zeng添tian的de感gan知zhi和he人ren工gong智zhi能neng等deng新xin的de能neng力li維wei度du，以yi支zhi持chi通tong信xin感gan知zhi融rong合he和he普pu惠hui智zhi能neng這zhe兩liang個ge新xin典dian型xing場chang景jing的de應ying用yong需xu求qiu。考kao慮lv到dao我wo國guoICT技術賦能減排，預計2040年6G網絡的能量效率相比2022年移動通信網絡需提升約20 倍[4]。在網絡建設維護成本和安全方麵，也將有更高的要求。

　　6G的主要指標體係，可看作由可量化指標（如峰值速率、用戶體驗速率、頻譜效率
、連接數密度、區域流量密度
、覆蓋範圍、移動性、時延和抖動、可靠性、能量效率
、AI能力相關指標、感知/定位能力相關指標等）和非量化指標（如成本控製、可信度等）共同構成。

　　6G可量化指標的初步考慮以及與5個典型場景的對應關係如圖3suoshi。zaifeilianghuazhibiaofangmian
，xinxijishudekuajieronghehefuwuchangjingduoyanghuaduiwangluoanquantichuxindetiaozhan
，xuyaocongshejichushijiugoujianyizhangnenggoumanzuanquanfanzai
、持久隱私保護
、智能韌性的可信網絡。此外，構建低成本的柔性、至簡、孿生自治網絡是6G網絡建設的目標[5]
，6G研發的過程中需要考慮網絡的建設成本、運營成本和維護成本

，把低成本也作為設計目標之一。

圖3  6G可量化指標取值範圍與典型場景的對應關係

　　4  6G主要關鍵技術舉例

　　為滿足麵向2030年未來6G網絡性能需求
，需要傳統無線空口技術的持續演進以及新技術維度的突破。從2022年6月ITU完成的未來技術趨勢研究[2]來看，目前業界重點關注的6G潛在使能技術主要包括人工智能與無線通信的融合、感知通信融合、新維度無線通信（智能超表麵等）、太赫茲通信、無線網絡架構，以及傳統的無線空口技術的持續增強。本文選取了具有發展潛力的重點技術，舉例分析6G關鍵技術特征及未來探索方向。在這些關鍵技術能力的支持下
，未來6G網絡能力將得到極大提升，支撐典型場景及業務體驗的實現。

　　4.1  人工智能與無線通信的融合

　　通信技術與人工智能技術的結合將成為未來網絡發展的重要趨勢，人工智能技術在建模與學習
、信道預測
、智能信號生成與處理
、網絡狀態跟蹤與智能調度
、網絡優化部署等諸多方麵具有重要的應用潛力
，催生未來通信範式的演變和網絡架構的變革。麵向2030年及以後IMT係統的架構、協議和算法設計將深入挖掘並充分利用無線大數據的信息。同時，隨著移動通信基站、邊緣服務器和智能設備的廣泛部署，移動通信網絡將為數據收集
、存儲
、交換和計算提供強大的平台
，進一步支撐移動分布式和協作式的人工智能應用。

　　在(zai)空(kong)口(kou)技(ji)術(shu)方(fang)麵(mian)，發(fa)送(song)和(he)接(jie)收(shou)端(duan)將(jiang)直(zhi)接(jie)通(tong)過(guo)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)實(shi)現(xian)通(tong)信(xin)信(xin)號(hao)的(de)處(chu)理(li)和(he)傳(chuan)輸(shu)，物(wu)理(li)層(ceng)通(tong)信(xin)將(jiang)被(bei)看(kan)作(zuo)一(yi)個(ge)端(duan)到(dao)端(duan)的(de)信(xin)號(hao)重(zhong)構(gou)過(guo)程(cheng)
，聯(lian)合(he)優(you)化(hua)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)的(de)發(fa)射(she)機(ji)和(he)接(jie)收(shou)機(ji)。智(zhi)能(neng)空(kong)口(kou)技(ji)術(shu)有(you)待(dai)進(jin)一(yi)步(bu)研(yan)究(jiu)的(de)方(fang)向(xiang)包(bao)括(kuo)：人工智能/機器學習在信號檢測、編解碼
、波束選擇
、天線配置方麵的設計和應用
，智能化信道估計
，跨層協作的算法設計
，基於人工智能的無線資源管理訓練和推理等。

　　在無線接入架構方麵
，人工智能原生網絡架構將支持網絡提供自動化和智能化服務，網絡可以根據特定要求/目標/minglinghuohuanjingbianhuajinxingzidongyouhuahetiaozheng。weilaidewuxianjieruwangluohaijiangtongguojiankonghegenzongwangluozhuangkuang，yizidonghuadefangshizhenduanhexiufuchuxiandewenti，shixianquanshengmingzhouqidezizhuxingguanli。kenengdeyanjiufangxiangshejigaocengxieyi、網絡架構和網絡技術，例如：智能數據獲取和管理
、用戶反饋引入網絡的決策過程
、控製麵和用戶麵設計支持普適計算節點、分布式人工智能係統的中心控製、按需提供的能力、自適應解決方案等。

　　4.2  感知通信融合

　　在未來的通信係統中，更高的頻段（例如從毫米波到太赫茲）
、更寬的帶寬、更密集的部署、gengdadetianxianzhenlie，yijirengongzhinenghetongxinjiedianzhijiandexiezuo，douweizaitongxinxitongzhongjichengwuxianganzhinenglitigonglekeneng。ganzhitongxinyitihuaxitongdeshejilinian

，shirangwuxianganzhihewuxiantongxinlianggegongnengzaitongyixitongzhongshixianqiehuhuihuli。

　　在一體化設計中
，技術發展可以分為通信和感知從鬆耦合到完全一體化的幾個不同階段[7]。作zuo為wei起qi點dian
，通tong信xin和he感gan知zhi係xi統tong共gong享xiang頻pin譜pu和he硬ying件jian等deng資zi源yuan，在zai感gan知zhi和he通tong信xin模mo塊kuai之zhi間jian開kai發fa有you效xiao的de調tiao度du和he協xie調tiao算suan法fa以yi最zui大da限xian度du地di減jian少shao相xiang互hu幹gan擾rao是shi一yi個ge關guan鍵jian問wen題ti。隨sui著zhe進jin一yi步bu的de發fa展zhan
，通tong信xin和he感gan知zhi將jiang協xie同tong工gong作zuo以yi提ti高gao整zheng體ti係xi統tong的de性xing能neng。信xin號hao處chu理li的de集ji成cheng
，例li如ru時shi域yu、頻域和空間域的處理技術，可以為感知和通信服務進行聯合設計。這一階段的潛在技術方向將包括基於聯合波形的空口設計、統一的波束賦形方案等

，這對於提高一體化係統的效率至關重要。邁向成熟階段，通信和感知將在頻譜、硬件
、信令
、協議
、組網等多個維度上協同優化，實現相互促進
、互利共贏。進一步結合人工智能、網絡協同和多節點協同感知等技術，通信感知一體化係統將提升整體係統性能和成本、降低係統的尺寸和功耗。

　　未來的研究方向包括基礎理論、信道模型、一體化信號波形
、數據處理算法、聯合定位和感知設計以提高定位和感知精度
，以及感知輔助通信等[6]。

　　4.3  智能超表麵

　　智能超表麵（Reconfigurable Intelligence Surface，RIS）通過實時可編程的人工電磁表麵來調整電磁波傳播中的相位、幅度、頻率和極化等信道參數，從而實現對無線環境的動態控製。RIS使無線環境從被動變為智能參與者，使得信道“可編程”。此外，還具有成本低、功耗低、易於部署的特點。RIS將挑戰基本的無線係統設計範式，可能影響無線係統架構
、接入技術和網絡協議的發展。RIS的適用場景包括：實現NLOS場景下的全複用增益

，支持熱點區域，提升小區容量；擴展網絡覆蓋
，包括室外下行覆蓋和上行增強、室外到室內覆蓋

、航空沿線覆蓋等；提高小區邊緣性能,並幫助減輕多小區同頻幹擾。

　　未來需要研究的內容包括：信道模型
；RIS 輔助通信係統的基本限製和潛在收益
，以確定RIS相比傳統中繼和不可重構無源反射結構的優勢部署場景
；無源波束賦行設計
；由於缺少射頻傳輸鏈路，需要考慮新的信道估計方法；材料研究和硬件實現
；RIS的實時控製協議和對整體網絡架構的影響等。

　　4.4  太赫茲通信技術

　　太赫茲波指位於100 GHz到10 THz頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)
，它(ta)同(tong)時(shi)具(ju)有(you)微(wei)波(bo)和(he)光(guang)波(bo)的(de)通(tong)信(xin)特(te)征(zheng)。憑(ping)借(jie)豐(feng)富(fu)的(de)頻(pin)率(lv)資(zi)源(yuan)，太(tai)赫(he)茲(zi)通(tong)信(xin)可(ke)以(yi)支(zhi)持(chi)超(chao)高(gao)的(de)通(tong)信(xin)速(su)率(lv)
，應(ying)用(yong)於(yu)全(quan)息(xi)通(tong)信(xin)
、中短距無線接入和數據回傳/前qian傳chuan等deng具ju有you超chao高gao速su率lv傳chuan輸shu需xu求qiu的de場chang景jing
，以yi及ji微wei尺chi寸cun通tong信xin等deng新xin型xing通tong信xin應ying用yong場chang景jing。此ci外wai，利li用yong太tai赫he茲zi通tong信xin信xin號hao的de超chao大da帶dai寬kuan，高gao精jing度du定ding位wei和he高gao分fen辨bian率lv感gan知zhi成cheng像xiang也ye是shi太tai赫he茲zi通tong信xin的de重zhong要yao應ying用yong場chang景jing。

　　在IMT係統中應用太赫茲頻段存在一些眾所周知的挑戰，例如高頻段的高傳輸損耗。此外，太赫茲信號更容易受到不同類型障礙物（例如人、牆、車輛等）的影響。根據文獻[6]中的分析，發展太赫茲技術需要在以下方向進行深入研究。

　　（1）超高速基帶信號處理：需要考慮低量化精度信號處理技術，探索新的信號處理體製架構、空口架構和算法、低性能部件的補償算法等。

　　（2）超大規模陣列天線技術：發展小型化和陣列化的超大規模太赫茲MIMO。

　　（3）信道測量和建模：傳播損耗模型、太赫茲電磁波物理傳播機理

、太赫茲信道建模方法等。

　　（4）太赫茲關鍵電路/器件技術
，以滿足低功耗、高效率、長壽命等商用需求。

　　4.5  無線網絡架構

　　隨著網絡規模的不斷擴大和複雜性的不斷提高，未來無線網絡將以強化功能

、簡化架構、即插即用為設計目標，以基於服務和用戶為中心，提供滿足用戶特定要求的按需能力。網絡中的泛在AI將用於提升網絡性能、降低部署和運維成本、實現資源管理的智能決策和數字化轉型。

　　空天地一體化網絡也是未來通信網絡發展的重要趨勢
，地麵網絡與非地麵網絡（如高軌衛星網絡
、中低軌衛星網絡、高空平台、無人機等）gongtongzuchengduoweirongheyigouwangluo，tigongquanyulitiwufengfugai。kongtiandiwangluodeshixianxuyaogoujianbaohantongyikongkouxieyihezuwangxieyidefuwuhuawangluojiagou，manzubutongbushuchangjingheduoyanghuadeyewuxuqiu。

　　網絡安全方麵
，6G網絡安全願景將以AI為基礎
，具備網絡主動免疫（可信任技術

，為基礎設施提供主動防禦）
、信息虛擬共生（實現物理網絡與數字孿生網絡安全的統一與進化）、能力泛在協同（安全能力動態編排和按需部署，提升網絡韌性）、安全彈性自治（端、邊、網、雲協同，準確感知安全態勢，處置安全風險）的四大特征[8]。

　　5  結束語

　　繼5G規模商用之後，世界主要國家和地區均已啟動6G研發布局，搶奪下一代移動通信發展主導權。目前
，仍然處於6G的早期探索階段，業界正在熱烈探討6G願景需求及關鍵技術，但尚未形成最終結論。本文詳細討論了未來6G的5個典型場景、預期具備的主要技術能力指標
，以及支撐典型場景和能力指標實現需要重點考慮的關鍵技術方向，針對人工智能與無線通信的融合
、感知通信融合、智能超表麵
、太赫茲通信技術、無線網絡架構等業界重點關注的創新型潛在技術進行了分析，並提出未來的研究方向供業界參考。