【摘? 要】隨著全球主要國(guó)家啟動(dòng)5G商用部署，部分國(guó)家和組織已經(jīng)啟動(dòng)了對(duì)6G技術(shù)的探索，深入分析了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的工作計(jì)劃和主要國(guó)家6G最新研究進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)6G標(biāo)準(zhǔn)化及商用時(shí)間、潛在關(guān)鍵技術(shù)及愿景需求進(jìn)行了初步探討。

【關(guān)鍵詞】6G;太赫茲;軌道角動(dòng)量

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.03.007? ? ? ? 中圖分類號(hào)：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-1010（2020）03-0034-03

引用格式：魏克軍. 全球6G研究進(jìn)展綜述[J]. 移動(dòng)通信， 2020，44（3）： 34-36.

Review of Global 6G Research Progresses

WEI Kejun

（CAICT， Beijing 100191， China）

[Abstract]?With the launching of 5G commercial deployment in major countries around the world， some countries have launched the exploration of 6G technologies. This paper deeply analyzes the work plan of international standardization organizations and the latest 6G research progresses. On this basis， 6G standardization and commercial timeline， potential key technologies and vision requirements are preliminarily discussed.

[Key words]6G; Terahertz; OAM

0? ?引言

移動(dòng)通信發(fā)展經(jīng)歷了1G/2G/3G/4G的發(fā)展歷程，已進(jìn)入5G商用發(fā)展的關(guān)鍵階段，從時(shí)間演進(jìn)規(guī)律來(lái)看，基本遵循十年一代的發(fā)展演進(jìn)規(guī)律，用戶通信需求的提升以及通信技術(shù)的革新是移動(dòng)通信發(fā)展的動(dòng)力[1]。4G的大規(guī)模商用帶動(dòng)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)和應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，造就了非常輝煌的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代[2]，5G在大幅提升移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步拓展到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，將與交通、制造、醫(yī)療、家居、物流等垂直行業(yè)相融合，將開辟全新的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)步入萬(wàn)物互聯(lián)新時(shí)代。隨著5G商用部署在全球展開，在“商用一代、規(guī)劃一代”創(chuàng)新發(fā)展理念的指引下，部分國(guó)家已經(jīng)啟動(dòng)了面向2030年應(yīng)用的下一代移動(dòng)通信技術(shù)（6G）的探索，本文接下來(lái)將對(duì)全球6G研究進(jìn)展進(jìn)行介紹與分析。

1? ? 全球6G研究總體進(jìn)展

1.1? 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織

（1）國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）：根據(jù)ITU工作計(jì)劃，2019年的RA-19會(huì)議不會(huì)設(shè)立新的IMT技術(shù)研究決議，表明在2019年到2023年研究周期內(nèi)，仍主要是面向5G和B5G技術(shù)開展研究，但2020年到2023年將開展6G愿景及技術(shù)趨勢(shì)研究，業(yè)內(nèi)主流公司普遍認(rèn)為，在2023年的RA-23會(huì)議上設(shè)立下一代IMT技術(shù)研究及命名的決議較為合適。

（2）第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）：2018年6月，3GPP已經(jīng)完成了5G第一版本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（R15）的研制，重點(diǎn)支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景和超高可靠低時(shí)延場(chǎng)景;2020年3月將完成完整5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（R16）的研制，全面支持ITU所確定的三大應(yīng)用場(chǎng)景。預(yù)計(jì)3GPP將于2023年開啟對(duì)于6G的研究，實(shí)質(zhì)性6G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)計(jì)將于2025年啟動(dòng)。

（3）電氣和電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）：為更好地匯總梳理下一代網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)，IEEE于2016年12月發(fā)起了IEEE 5G Initiative，并于2018年8月更名為IEEE Future Networks，目標(biāo)為使能5G及未來(lái)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前IEEE已經(jīng)開展了一些面向6G的技術(shù)研討，2019年3月25日，在IEEE發(fā)起下，全球第一屆6G無(wú)線峰會(huì)在荷蘭召開，邀請(qǐng)了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界發(fā)表對(duì)于6G的最新見(jiàn)解，探討實(shí)現(xiàn)6G愿景需應(yīng)對(duì)的理論和實(shí)踐挑戰(zhàn)。

1.2? 部分國(guó)家/地區(qū)的6G研究進(jìn)展

（1）歐盟：2017年，歐盟發(fā)起了6G技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目征詢，旨在研究下一代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)。歐盟對(duì)6G的初步設(shè)想是峰值速率要大于100 Gbit/s，單信道帶寬達(dá)到1 GHz，使用高于275 GHz的太赫茲頻段。9月歐盟啟動(dòng)了為期3年的6G基礎(chǔ)技術(shù)研究項(xiàng)目，主要任務(wù)是研究可用于6G網(wǎng)絡(luò)的下一代糾錯(cuò)編碼、先進(jìn)信道編碼及調(diào)制技術(shù)。此外，歐盟還啟動(dòng)了多個(gè)太赫茲研發(fā)項(xiàng)目。

（2）美國(guó)：美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）2019年3月宣布開放面向未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的太赫茲頻段（95 GHz—3 THz），用于6G技術(shù)試驗(yàn)使用。此外，2018年9月在“2018年世界移動(dòng)通信大會(huì)-北美”峰會(huì)上，F(xiàn)CC專家提出了6G的三大類關(guān)鍵技術(shù)，包括全新頻譜（太赫茲頻段）、大規(guī)?？臻g復(fù)用技術(shù)（支持?jǐn)?shù)百個(gè)超窄波束）、基于區(qū)塊鏈的動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)等。

（3）日本：將開發(fā)太赫茲技術(shù)列為“國(guó)家支柱技術(shù)十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)” 之首，在2019財(cái)政年度提出10億多日元的預(yù)算，著手研究6G技術(shù)。2018年7月，日本經(jīng)濟(jì)新聞社報(bào)道稱，日本NTT集團(tuán)已成功開發(fā)出了面向B5G和6G的新技術(shù)，一個(gè)是軌道角動(dòng)量（OAM）技術(shù)，另一個(gè)是太赫茲通信技術(shù)，峰值傳輸速率達(dá)到了100 Gbit/s。

（4）韓國(guó)：SK電訊ICT研發(fā)中心的專家2018年10月在美國(guó)紐約大學(xué)舉行的前沿技術(shù)研討會(huì)上，提出未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)的3大使能技術(shù)，包括太赫茲通信、去蜂窩架構(gòu)（完全虛擬化的RAN+大規(guī)模天線）和非地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)三大技術(shù)方向。此外，SK電訊還與愛(ài)立信、諾基亞兩家設(shè)備制造企業(yè)達(dá)成協(xié)議，合作開發(fā)6G相關(guān)技術(shù)。

2? ?6G愿景及關(guān)鍵技術(shù)展望

2.1? 6G愿景展望

5G的愿景是實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”，但5G與垂直行業(yè)融合應(yīng)用仍面臨著需求不明確、協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)多、政策法規(guī)不完善等挑戰(zhàn)，目前尚處于探索階段，解決5G融合應(yīng)用發(fā)展中的問(wèn)題不是一蹴而就的，需要一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程。從移動(dòng)通信發(fā)展規(guī)律來(lái)看，1G實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音通信，到2G時(shí)代才獲得了廣泛應(yīng)用，3G引入了多媒體業(yè)務(wù)，到4G時(shí)代才實(shí)現(xiàn)了寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，5G應(yīng)用場(chǎng)景首次由移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景拓展到物聯(lián)網(wǎng)，6G將在5G基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展和深化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域，并與人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相結(jié)合，服務(wù)于智能化的社會(huì)與生活，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物智聯(lián)，“萬(wàn)物互聯(lián)始于5G，蓬勃發(fā)展于6G”。

業(yè)界專家認(rèn)為，與5G相比，6G將具備“更強(qiáng)性能、更加智能、更加綠色、更廣覆蓋”等特點(diǎn)。6G峰值速率將達(dá)到100 Gbit/s～1 Tbit/s;空口時(shí)延低至0.1 ms;連接數(shù)密度支持1000萬(wàn)連接/平方公里;定位精度將達(dá)到厘米量級(jí)。6G網(wǎng)絡(luò)將具備高度智能化特點(diǎn)，通過(guò)與人工智能、大數(shù)據(jù)的結(jié)合，可滿足個(gè)人和行業(yè)用戶精細(xì)化、個(gè)性化的服務(wù)需求;6G網(wǎng)絡(luò)將有效降低成本和能耗，大幅提升網(wǎng)絡(luò)能效，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。此外，6G網(wǎng)絡(luò)還將進(jìn)一步擴(kuò)大覆蓋范圍，衛(wèi)星與地面通信系統(tǒng)的深度融合將是未來(lái)重要的發(fā)展方向。

2.2? 6G潛在關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前6G尚處于早期探索階段，關(guān)鍵技術(shù)尚不清晰。對(duì)于6G將包含哪些關(guān)鍵技術(shù)，不同研究機(jī)構(gòu)給出的觀點(diǎn)具有較大差異，但相信隨著業(yè)界關(guān)于6G概念討論的逐漸深入，認(rèn)識(shí)將會(huì)逐漸清晰，關(guān)鍵技術(shù)逐漸收斂。下面就針對(duì)當(dāng)前業(yè)界討論比較多的一些6G潛在關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

（1）太赫茲通信技術(shù)：太赫茲是指頻率在0.1 THz～

10 THz的電磁波，具有極為豐富的頻譜資源，可用頻譜資源甚至可達(dá)數(shù)十GHz，可滿足100 Gbit/s到Tbit/s級(jí)的極高傳輸速率頻譜需求，是未來(lái)移動(dòng)通信中極具潛力的無(wú)線通信技術(shù)。當(dāng)前，美國(guó)、歐盟、日本等國(guó)都在加速發(fā)展面向6G的太赫茲通信技術(shù)。2019年日本NTT集團(tuán)宣布研發(fā)出了太赫茲頻段的射頻芯片，并進(jìn)行了高速數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)，峰值速率達(dá)到了100 Gbit/s。太赫茲通信由于頻段高、波長(zhǎng)短，單位面積可以集成大量的天線陣元，利用波束賦形技術(shù)可有效補(bǔ)償路徑損耗，滿足密集組網(wǎng)覆蓋需求。太赫茲通信具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)前仍然面臨諸多方面的挑戰(zhàn)，其中最重要的是太赫茲器件成熟度不高，固態(tài)太赫茲功率放大器的輸出功率無(wú)法滿足大覆蓋需求，太赫茲相控陣天線尚未突破，高指向性太赫茲波束對(duì)準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)跟蹤也有待研究?；谏漕l模塊的太赫茲通信系統(tǒng)小型化程度不夠，無(wú)法滿足地面通信應(yīng)用場(chǎng)景的要求。

（2）可見(jiàn)光通信技術(shù)：可見(jiàn)光通信是指利用可見(jiàn)光波段的光作為信息載體進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的技術(shù)，與無(wú)線電通信相比，可見(jiàn)光具有多方面的優(yōu)勢(shì)。首先是可提供大量潛在的可用頻譜，且頻譜使用不需頻譜監(jiān)管機(jī)構(gòu)授權(quán);其次是可見(jiàn)光不產(chǎn)生電磁輻射，具有綠色無(wú)污染的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、加油站等對(duì)電磁干擾敏感的場(chǎng)所;最后，可見(jiàn)光通信技術(shù)安全性高，由于無(wú)法穿透墻壁等遮擋物，可有效避免傳輸信息被惡意截獲，從而可以保證信息安全[3]。當(dāng)前日本、美國(guó)、德國(guó)、意大利等國(guó)的高校及科研機(jī)構(gòu)開展了可見(jiàn)光通信技術(shù)研究，試驗(yàn)樣機(jī)的峰值傳輸速率已超過(guò)了10 Gbit/s。可見(jiàn)光通信當(dāng)前主要的應(yīng)用瓶頸在于可見(jiàn)光收發(fā)器件，一方面發(fā)射機(jī)的調(diào)制帶寬只有大于毫米波，可見(jiàn)光才有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，另一方面，檢測(cè)器帶寬和靈敏度還比較低，難以滿足NLOS場(chǎng)景下的檢測(cè)需求。此外，終端側(cè)需要精準(zhǔn)對(duì)光束進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)集成光子天線的收發(fā)器件。

（3）軌道角動(dòng)量技術(shù)：軌道角動(dòng)量是利用具有不同本征值的渦旋電磁波的正交特性，通過(guò)多路渦旋電磁波的疊加實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，為移動(dòng)通信提供了新的物理維度。軌道角動(dòng)量技術(shù)分為量子態(tài)軌道和統(tǒng)計(jì)態(tài)兩種模式，目前在在無(wú)線通信中的應(yīng)用仍處于探索階段。軌道角動(dòng)量技術(shù)在光領(lǐng)域已經(jīng)有所應(yīng)用，美國(guó)與日本在軌道角動(dòng)量領(lǐng)域的研發(fā)處于領(lǐng)先地位，日本NTT集團(tuán)2018年宣稱已實(shí)現(xiàn)11路渦旋電磁波的疊加傳輸，峰值傳輸速率達(dá)到了100 Gbit/s。我國(guó)清華大學(xué)完成了世界首次微波頻段軌道角動(dòng)量電磁波27.5 km長(zhǎng)距離傳輸實(shí)驗(yàn)。當(dāng)前，軌道角動(dòng)量在無(wú)線通信中應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，如業(yè)界尚未突破軌道角動(dòng)量微波量子產(chǎn)生與耦合設(shè)備小型化技術(shù)，射頻統(tǒng)計(jì)態(tài)軌道角動(dòng)量傳輸技術(shù)也面臨正交渦旋電磁波的產(chǎn)生、渦旋電磁波的檢測(cè)與分離以及如何降低傳輸環(huán)境對(duì)渦旋電磁波影響等問(wèn)題。

（4）全雙工技術(shù)：無(wú)線通信業(yè)務(wù)量爆發(fā)與頻譜資源短缺的矛盾日益突出，提升頻譜效率，消除傳統(tǒng)TDD/FDD模式的頻譜資源使用與管理方式的差異性，成為移動(dòng)通信發(fā)展演進(jìn)的目標(biāo)之一，全雙工技術(shù)將成為解決這一問(wèn)題的潛在技術(shù)方案[4]。全雙工利用自干擾消除技術(shù)在收發(fā)鏈路之間實(shí)現(xiàn)靈活頻譜資源利用，達(dá)到提升吞吐量及降低傳輸時(shí)延的目的。目前全雙工技術(shù)已經(jīng)形成了空域、射頻域和數(shù)字域聯(lián)合的自干擾抵制技術(shù)路線，空域自干擾抵制主要依靠天線位置優(yōu)化、空間零陷波束等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)空間自干擾的輻射隔離;射頻域自干擾抵制通過(guò)構(gòu)建與接收自干擾信號(hào)幅相相反的對(duì)消信號(hào)，在射頻模擬域完成抵消;數(shù)字域自干擾抵制針對(duì)殘余的線性和非線性自干擾進(jìn)一步進(jìn)行重建消除。當(dāng)前業(yè)界全雙工自干擾抵制能力已經(jīng)超過(guò)了115 dB，可滿足小功率簡(jiǎn)單場(chǎng)景下的全雙工通信需求。但全雙工技術(shù)在實(shí)用化過(guò)程中，仍面臨大功率動(dòng)態(tài)自干擾抵制、多天線射頻域自干擾抵制、全雙工組網(wǎng)技術(shù)以及全雙工核心器件芯片等問(wèn)題。

（5）空天地一體化通信：在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，將衛(wèi)星通信、短距離通信等非蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)、通信協(xié)議和信息的融合，可構(gòu)建起全面覆蓋、立體分層、全時(shí)空統(tǒng)一服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)，覆蓋太空、空中、陸地、海洋等自然空間，實(shí)現(xiàn)多層覆蓋、多網(wǎng)融合的高速寬帶無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。但天地一體化網(wǎng)絡(luò)尤其是天基網(wǎng)絡(luò)受空間傳播環(huán)境等因素的影響，與傳統(tǒng)的地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)存在明顯的差別，需要重點(diǎn)解決網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、接口標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)星系統(tǒng)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、頻譜資源分配管理等問(wèn)題。

3? ?結(jié)束語(yǔ)

隨著5G商用部署在全球的開展，部分國(guó)家已經(jīng)啟動(dòng)了對(duì)6G愿景及關(guān)鍵技術(shù)的探索。本文深入分析了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織及全球主要國(guó)家的6G主要觀點(diǎn)及研究進(jìn)展，提出了6G將在5G基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展和深化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域，服務(wù)于智能化的社會(huì)與生活，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物智聯(lián)的愿景目標(biāo)，并對(duì)太赫茲通信、可見(jiàn)光通信、軌道角動(dòng)量、全雙工以及空天地一體化通信等當(dāng)前業(yè)界比較關(guān)注的6G潛在關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析探討。

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作者簡(jiǎn)介

魏克軍（orcid.org/0000-0002-6283-919X）：博士，現(xiàn)任中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所主任工程師、IMT-2020（5G）推進(jìn)組無(wú)線技術(shù)工作組副組長(zhǎng)，主持多項(xiàng)國(guó)家科技重大專項(xiàng)和863計(jì)劃等科研項(xiàng)目，主要研究方向?yàn)長(zhǎng)TE/LTE-Advanced、5G、6G等移動(dòng)通信技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外核心期刊發(fā)表論文數(shù)十篇，申請(qǐng)多項(xiàng)發(fā)明專利。