第六代移動通信系統(tǒng)（6G）簡介、6G市場需求、市場格局及6G研究規(guī)劃分析

第六代移動通信系統(tǒng)（6G）簡介、6G市場需求、市場格局及6G研究規(guī)劃分析

（一）何為6G

所謂6G就是第六代移動通信系統(tǒng)（6thGenerationMobileNetworks，或6thGenerationWirelessSystems），簡稱6G，它是5G系統(tǒng)的延伸和發(fā)展。這里的G就是Generation，即“代”的意思。從第一代模擬移動通訊開始，到第二代的數(shù)字移動通訊，目前已經(jīng)經(jīng)歷了四代。當(dāng)前世界各國的移動通信系統(tǒng)基本上處于3G和4G時代，移動通信特別是第四代移動通訊徹底改變了人們的世界觀、思維方式、生產(chǎn)方式和生活方式，人們逐漸體會到快捷的數(shù)字移動通訊給我們帶來的種種變化。2019年6月6日，我國政府正式頒發(fā)了第五代移動通訊網(wǎng)絡(luò)（5G）的商用許可證，中國三大移動運營商開始正式搭建5G網(wǎng)絡(luò)平臺，各終端制造商也正式推出基于5G的各種智能終端特別是智能手機，2019年11月部分地區(qū)已開始正式辦理5G業(yè)務(wù)。2020年中國移動等網(wǎng)絡(luò)運營商將全面推出5G智能手機，由此宣告5G時代的正式來臨。

在5G即將全面商用之際，中國、美國、英國等通訊技術(shù)大國的企業(yè)（特別是中國的華為公司）就宣稱已正式開始了6G網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的研發(fā)。5G尚未完全商業(yè)應(yīng)用就宣稱研發(fā)6G是否屬于商業(yè)炒作？從1G到5G，移動通信系統(tǒng)基本上每10年更新?lián)Q代一次，而且基本上都是在某一代開始投入應(yīng)用之時就開始了下一代的技術(shù)研發(fā)，新一代技術(shù)的成長基本上需要10年時間的錘煉。移動通訊發(fā)展的基本規(guī)律是“使用一代、研究一代、儲備一代”，是典型的“吃著碗里、看著鍋里、想著地里”的發(fā)展模式。在4G即將淘汰，5G即將商用之時，研發(fā)6G是一種必然。待5G逐漸衰老淘汰之時，6G技術(shù)才可能及時擔(dān)當(dāng)起未來通訊的重任。

6G網(wǎng)絡(luò)將是一個地面無線與衛(wèi)星通信相互集成的全連接網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。地面基站的信息通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)布滿整個地球，這樣6G移動通信將實現(xiàn)全球無縫覆蓋，網(wǎng)絡(luò)信號能夠抵達任何一個偏遠地區(qū)，這樣可以讓身處山區(qū)的病人能接受遠程醫(yī)療、讓孩子們能接受遠程教育。更為重要的是，6G的傳輸能力可能比5G提升100倍，網(wǎng)絡(luò)延遲也可能從毫秒降到微秒級，將使5G技術(shù)更加完善并在許多方面實現(xiàn)突破。此外，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電信衛(wèi)星系統(tǒng)、地球圖像衛(wèi)星系統(tǒng)和6G地面網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)動支持下，地空全覆蓋網(wǎng)絡(luò)還能幫助人類預(yù)測天氣、快速應(yīng)對自然災(zāi)害等。

（二）6G的特點

4G網(wǎng)絡(luò)讓我們用上了真正的智能手機，人與人之間實現(xiàn)了快速聯(lián)系，特別是各種數(shù)據(jù)可以快速上傳或下載，電子商務(wù)、電子支付、網(wǎng)上視頻等等皆得以實現(xiàn)。于是不少人認為，4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)十分完美，我們?yōu)槭裁催€要發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)？特別是5G網(wǎng)絡(luò)還沒有完全落地，人們還沒有真正開始商用，為什么又開始思考、研發(fā)6G網(wǎng)絡(luò)？其實，任何一代網(wǎng)絡(luò)都有其特點，既有其優(yōu)勢，又存在各種局限，而技術(shù)發(fā)展總是不斷地追求更優(yōu)，不斷實現(xiàn)超越，讓人們能夠不斷地使用到更完美的技術(shù)，不會被現(xiàn)有技術(shù)限制想象力。

4G網(wǎng)絡(luò)讓人與人之間實現(xiàn)了完全的連結(jié)，特別是網(wǎng)絡(luò)社交、網(wǎng)絡(luò)商務(wù)等，大大拓展了人類的聯(lián)系方式和活動空間。但是，除人類之外，世界上還有其他萬物，4G網(wǎng)絡(luò)初期雖然提出要實現(xiàn)與萬物的鏈接，但由于技術(shù)限制，難于承擔(dān)如此重任。5G網(wǎng)絡(luò)在帶寬、速度和連結(jié)方式上實現(xiàn)了根本的突破，才可能承擔(dān)起人與人、人與物、物與物之間海量的聯(lián)系，從而不但可以實現(xiàn)人聯(lián)網(wǎng)，也可以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)。不過，5G網(wǎng)絡(luò)也有其局限性，比如5G網(wǎng)絡(luò)的帶寬只是在4G基礎(chǔ)上進行擴展，因此帶寬依然有限。更為重要的是網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸完全依賴地面基站，地球上依然有不少地方難于建設(shè)基站，而人類經(jīng)常活動的海洋、天空更是無法建設(shè)類似地面上基站，因此5G網(wǎng)絡(luò)必然會遺留下不少網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的地方。6G網(wǎng)絡(luò)正是在克服5G網(wǎng)絡(luò)局限的基礎(chǔ)上提出并研發(fā)的，因此未來的6G網(wǎng)絡(luò)將具有“更寬、更快、更廣、更省”四大特點。

首先是更寬。移動網(wǎng)絡(luò)是通過無線信號實現(xiàn)通信的，頻率是無線信號寶貴的有限資源。從1G到4G，人們把0.9GHz（1G）到1.8GHz-2.7GHz（4G）的低頻信號基本上占用完畢，5G網(wǎng)絡(luò)在4G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上使用3GHz-6GHz更高頻的信號，無線頻率越建越寬。然而，如果要實現(xiàn)真正的萬物互聯(lián)，這個帶寬依然不夠，因此6G網(wǎng)絡(luò)把使用頻率拓展到100GHz-10THz，并開發(fā)使用太赫茲（THz）頻率，這樣帶寬就被大大拓展，足夠?qū)崿F(xiàn)萬物互聯(lián)。此外，6G網(wǎng)絡(luò)還將使用可見來通訊，使得通訊頻率更加寬廣。

其次是更快。減少時間延后效應(yīng)是通訊技術(shù)追求的目標(biāo)，許多通訊、控制系統(tǒng)都有時延要求，因為信號的延后可能帶來系統(tǒng)的不精準、不穩(wěn)定甚至造成系統(tǒng)的崩潰。每一代移動通信技術(shù)的更迭都帶來速度的大幅提升，4G的時延極限為20毫秒，5G則為1-10毫秒，這似乎已經(jīng)很快，但是，對有些系統(tǒng)，比如無人駕駛、VR/AR系統(tǒng)，1-10毫秒的時延仍然不符合要求，而6G網(wǎng)絡(luò)則將時延減少到納秒，進入太比特時代（Terabitera，Tb/s），因此相比5G，6G速度提高了上百倍，基本上接近無時延的要求，實現(xiàn)了真正的“在線”目標(biāo)。

再次是更廣。4G網(wǎng)絡(luò)將人與人全部網(wǎng)羅其中從而形成“人聯(lián)網(wǎng)”，5G網(wǎng)絡(luò)則在“人聯(lián)網(wǎng)”的基礎(chǔ)上外加“物聯(lián)網(wǎng)”。5G把人、物皆接入網(wǎng)絡(luò)中，似乎窮盡了一切，但是5G仍然有局限，而6G在如下方面彌補了5G的局限：一是5G局限于地面網(wǎng)絡(luò)，而6G則將地面網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星相連接，共同構(gòu)成一個天羅地網(wǎng)；二是5G網(wǎng)絡(luò)在天空、深海、沙漠、森林等地仍然有網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)，6G則通過一系列新技術(shù)與衛(wèi)星相結(jié)合，解決了這些盲區(qū)的覆蓋問題。6G比5G的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面更廣，真正做到網(wǎng)絡(luò)無死角，信號全覆蓋。

最后是更省。6G時代，為了建立物聯(lián)網(wǎng)，需要在海量的物品中植入微型傳感器。這些海量的傳感器一方面感知事物的狀態(tài)及其變化情況，另一方面將所感知的數(shù)據(jù)發(fā)送到附近的接收器，最后通過6G網(wǎng)絡(luò)將萬事萬物的感知狀態(tài)相互連通，形成人、事、物全面關(guān)聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)。這樣，最底層的傳感器就成了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，但這些傳感器需要電源的支持，沒有電源也就失去了聯(lián)系的基礎(chǔ)。以往使用的傳感器往往比較耗電，這樣就必須提供持續(xù)的有線供電或者經(jīng)常更換電池，而6G時代的傳感器數(shù)量多、分布廣，很難有線供電或經(jīng)常更換電池，因此需要功耗更低的傳感器件或設(shè)備。低功耗、更省電是6G網(wǎng)絡(luò)的基本要求，也是其基本特點之一。

（三）緣起：6G需求核心驅(qū)動—海陸空天一體化

1、5G三大基礎(chǔ)場景對應(yīng)三大應(yīng)用需求

(1)eMBB（EnhanceMobileBroadband），增強型移動寬帶。

核心：Gbps級的傳輸速率，滿足高清視頻、AR/VR等大帶寬需求。

(2)uRLLC（UltraReliable&LowLatencyCommunication），低時延、高可靠通信。

核心：1ms的空口間時延，滿足車聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、遠程醫(yī)療等低時延、高可靠需求。

(3)mMTC（MassiveMachineTypeCommunication），海量物聯(lián)網(wǎng)連接。

核心：100萬個/平方公里的連接密度，滿足物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等海量接入需求。

2、5G非通信技術(shù)終點，覆蓋地域仍受限

《2020-2026年中國第六代移動通信系統(tǒng)（6G）行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展趨向分析報告》數(shù)據(jù)顯示：目前全球移動通信服務(wù)的人口覆蓋率約為70%，但受制于經(jīng)濟成本，技術(shù)等因素，僅覆蓋了20%的陸地面積、小于6%的地球表面積。以我國為例，5G時代仍會有80%以上的陸地面積、95%以上的海洋面積無移動網(wǎng)絡(luò)信號。

3、海陸空天一體化為6G新增需求，擴展頻段+覆蓋成就泛在移動通信

(1)6G需求（5G增強）：流量、連接數(shù)急劇增長，跨界融合是關(guān)鍵

到2030年，通信用戶流量與連接數(shù)將急劇增長，預(yù)計2030年我國流量增長約100+倍，AR/VR/MR、裸眼3D、8KUHD等現(xiàn)有應(yīng)用需求維度更為多元與深入。預(yù)計2030年全球物聯(lián)設(shè)備接近1千億，中國超過200億。

同時6G可以增強IT+CT+DT的跨界融合，需結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈與量子信息形成關(guān)鍵技術(shù)突破和能力儲備，使設(shè)備具備通信、計算、導(dǎo)航、感知等多種能力。

(2)6G新增需求:海陸空天一體化，頻段+覆蓋不斷擴展

相對于5G的不同，6G將著力解決海陸空天覆蓋等地域受限的問題，包括整合衛(wèi)星通信，以便實現(xiàn)全球的無線覆蓋。

同時，6G還將向更高頻段擴展以獲取更大傳輸帶寬如毫米波、太赫茲、可見光等，進一步滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

（四）格局：5G第一梯隊—中美日韓，6G時代競爭更為激烈

2018年7月16-27日，ITU-T第十三研究組全會召開，決定成立“網(wǎng)絡(luò)2030”焦點組，面向2030-2040年的未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、需求、能力于用例，保持后向兼容，支持當(dāng)前以及未來新應(yīng)用。

2019年3月25日，在IEEE的發(fā)起之下，全球第一屆6G無線峰會在芬蘭召開，邀請了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界發(fā)表對于6G之最新見解和創(chuàng)新，探討實現(xiàn)6G愿景需要應(yīng)對的理論和實踐挑戰(zhàn)。

2019年5月20日-24日，IEEE2019年國際通信會議（ICC2019）召開，大會主題

為“EnpoweringIntelligentCommunications（賦能通信）”。會上眾多專家及業(yè)內(nèi)人士對6G時代如何實現(xiàn)智能通信的賦能展開了深入探討。

1、5G時代，中美日韓處于第一梯隊

目前5G時代，中國在全球主要國家的5G競備中處于領(lǐng)先地位，與中國同處第一梯隊位置的還有韓國、美國和日本。

2、6G硝煙再起，強者恒強

中國：目前國內(nèi)IMT2020新技術(shù)工作組已開始開展6G的總體研究，科技部2018-2019重點專項中11項與6G相關(guān)，信通院等單位牽頭負責(zé)《后5G/6G系統(tǒng)愿景與需求研究》。2019年4月26日，毫米波太赫茲產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟在京成立，該聯(lián)盟由信通院與產(chǎn)業(yè)界、科研院所等相關(guān)企業(yè)和專家共同籌建，旨在加快我國毫米波太赫茲產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升我國在通信領(lǐng)域的技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)化能力。同時由國家發(fā)改委、工信部、科技部共同支持舉辦的未來移動通信論壇（“Future論壇”）已發(fā)布《ApeekBeyond5G》等3本6G相關(guān)白皮書。ITU-T啟動的FGNET2030研究，中國運營商也深度參與。

美國：6G的研發(fā)推進以政府資助高校的模式為主，重點研發(fā)“融合太赫茲通信與傳感”的項目。

日本：6G的研究工作以國內(nèi)最大電信運營商NTTDoCoMo為主體，主攻太赫茲、軌道角動量等方向。

韓國：三星負責(zé)6G技術(shù)預(yù)研，計劃在6G時代將全雙工技術(shù)打磨精熟。

歐盟：歐盟2017年成立由德國、希臘、芬蘭、葡萄牙、英國等跨國TERRANOVA計劃，明確提出研發(fā)超高速太赫茲創(chuàng)新無線通信技術(shù)。歐洲電信標(biāo)準化協(xié)會（ETSI）也逐步開展6G基礎(chǔ)技術(shù)的研究項目及其他研發(fā)方