1、引言

隨著5G第一個標準版本完成，2019年將會有5G網(wǎng)絡設備小規(guī)模試商用，首批符合5G標準的終端亦將上市。可以預期，擁有三大技術特性（enhanced Mobile BroadBand，eMBB；massive Machine-Type-Communications，mMTC；ultra-Reliable Low-Latency Communications，uRLLC）的5G無線移動通信系統(tǒng)將支撐未來十年（2020～2030年）信息社會的無線通信需求，成為有史以來最龐大復雜的通信網(wǎng)絡，并將在多方面深刻影響社會發(fā)展及人類生活：與水和電一樣，移動通信也將成為人類社會的基本需求；成為推動社會經(jīng)濟、文化和日常生活在內的社會結構變革的驅動力；將會極大地擴展人類的活動范圍。

當然，上述5G愿景還需要通信領域的技術人員與其它相關行業(yè)人員一起努力，經(jīng)過一定的時間逐步實現(xiàn)，包括標準不斷完善、工程化逐步落地及商業(yè)應用模式突破等。這里從標準化角度觀察5G標準不斷成熟完善的過程。

當前處于5G標準化的第一階段，即5G基礎功能標準化階段。此階段主要針對eMBB技術特性優(yōu)化，同時兼顧uRLLC和mMTC兩種特性的基礎需求，包括5G NR Rel-15和Rel-16兩個標準版本。5G第一個基礎標準化版本（5G NR Rel-15）已基本完成，包括分階段發(fā)布的三個子版本：國際標準化組織3GPP 于2018年3月發(fā)布了第一個5G技術標準， 支持非獨立組網(wǎng)（Non-Standalone，NSA）與eMBB功能［1］；2018年9月，3GPP批準了5G獨立組網(wǎng)（Standalone， SA）技術標準［2］，5G自此進入了產業(yè)全面沖刺的新階段；2018年12月3GPP 于RAN#82全會上宣布，最后一個子版本（5G NR Rel-15 late drop）于2019年3月發(fā)布，支持NR-NR DC（Dual Connectivity）特性［3］。而5G第二個標準版本（Rel-16），其所有技術特性已通過標準立項，相關標準化工作正在如火如荼的進行中，并將于2019年12月完成并正式發(fā)布。

5G標準化的下一階段（可稱為“5G+”）將從2020年開始，對應的標準版本為5G NR Rel-17及后續(xù)版本，標準化重點包括兩方面［4］：優(yōu)化uRLLC和mMTC兩種物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）特性，以更好支持垂直行業(yè)的應用（例如，工業(yè)無線互聯(lián)網(wǎng)、高鐵無線通信等）；設計支持52.6GHz～114.25GHz毫米波頻段的空口特性。預期5G標準化的第二階段將會吸引更多垂直行業(yè)領域成員參與標準制定，從而5G標準可以更好地針對垂直行業(yè)需求進行標準優(yōu)化。

盡管5G尚處于規(guī)模商用起步階段，相關技術特性還需要繼續(xù)增強完善，物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應用場景的業(yè)務模式也需要繼續(xù)探索，但我們也有必要同步前瞻未來信息社會的通信需求，啟動下一代移動通信系統(tǒng)概念與技術研究。這里我們嘗試從三方面分析即刻啟動下一代移動通信系統(tǒng)（為簡化表達，下文將統(tǒng)一用6G標識）概念與技術研究的必然性。

（1）十年周期法則?！白?982年引進第一個代（1G）移動通信系統(tǒng)以來，大約每十年更新一代無線移動通信系統(tǒng)”［5］，而且任何一代從開始概念研究到商業(yè)應用都需要十年左右的時間，也即，當上一代進入商用期，下一代開始概念和技術研究。5G研究始于十年前，現(xiàn)在啟動6G研究符合移動通信系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律。

（2）“鯰魚效應”。不同于前幾代移動通信系統(tǒng)，5G主要針對物聯(lián)網(wǎng)/垂直行業(yè)應用場景。隨著5G網(wǎng)絡規(guī)模部署，尤其是5G中后期，必將會有眾多垂直行業(yè)成員深度參與5G生態(tài)。與傳統(tǒng)運營商主導的現(xiàn)狀相比，未來新興企業(yè)（尤其是天生具有創(chuàng)新思維的互聯(lián)網(wǎng)公司）的深入?yún)⑴c將會對傳統(tǒng)通信產業(yè)產生巨大沖擊，甚至是革命性影響，即所謂“鯰魚效應”。

（3）IoT業(yè)務模式爆發(fā)潛力。如同當年智能手機的出現(xiàn)刺激了3G應用并觸發(fā)4G規(guī)模部署需求，相信IoT業(yè)務某些模式亦將會在5G時代某時間點刺激5G產業(yè)爆發(fā)，進而刺激對未來6G網(wǎng)絡的需求。我們需要有足夠的想象力，并需要為可能到來的未來網(wǎng)絡提前著手準備，打好技術基礎。

綜上分析，我們可以得出結論——現(xiàn)在是開啟下一代無線移動通信系統(tǒng)（6G）研究的合適時機。

近期，越來越多的機構或個人開始涉及B5G或6G概念，包括學術界、工業(yè)界、政府甚至公眾［6-9］。根據(jù)谷歌搜索引擎的統(tǒng)計，“6g technologies”是當今搜索量最大的17個關鍵詞之一［10］。在2018美國移動世界大會上，美國聯(lián)邦通訊委員會的一位官員在公開場合展望6G［9］。不只美國，中國也已啟動6G相關工作。2018年3月工業(yè)和信息化部部長苗圩在接受媒體采訪時表示，中國已著手研究6G［11］。據(jù)悉，除中美兩國外，歐盟、俄羅斯等也正在緊鑼密鼓地開展相關工作。由此可以看出，業(yè)界對現(xiàn)在啟動6G相關研究有一定的共識。

本文主要探討十年后（2030年～）的通信需求和技術，即針對下一代無線移動通信系統(tǒng)（6G），其相對5G屬于革命性（Revolution）系統(tǒng)。當然，不排除本文涉及的部分技術特性提前成熟或部分業(yè)務場景提前應用的可能，則本文把該部分歸屬5G演進特性（Evolution），即可以歸屬所謂B5G（Beyond 5G）?？梢灶A期，當前5G大部分特性將會在6G系統(tǒng)中繼續(xù)保留并增強，但這些5G技術增強部分不屬于本文討論范疇。本文將側重探討6G系統(tǒng)中可能引入的革命性關鍵技術。

本文將分別從需求驅動和技術驅動兩個維度進行分析討論，重點探討6G愿景、需求與挑戰(zhàn)、潛在候選技術，嘗試勾勒出6G的整體框架，以期為后續(xù)展開6G研究提供方向性指引。

2、6G愿景與挑戰(zhàn)

5G啟動初期，確立的5G愿景為“信息隨心至，萬物觸手及”［12］?；诖嗽妇?，確定了5G技術指標需求，并進一步提出了候選關鍵技術。經(jīng)歷了概念確定、技術研究、標準化和產品開發(fā)過程，5G系統(tǒng)即將投入規(guī)模商用，5G愿景也將隨著標準的完善及產業(yè)的成熟而逐步實現(xiàn)。現(xiàn)在要開啟6G前瞻性研究，也有必要首先確立6G愿景及相應的技術需求與挑戰(zhàn)，以牽引后續(xù)6G相關研究。5G已經(jīng)如此激動人心，并將全面地賦能社會，未來我們還能做什么？

本節(jié)將首先給出對未來6G愿景的暢想，并淺析所述愿景的必然性，然后進一步闡述實現(xiàn)6G愿景所面臨的技術需求與挑戰(zhàn)。

2.1 6G愿景（6G Vision）

當前5G的目標是滲透到社會的各個領域，以用戶為中心構建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。但受限標準化時間及相關技術發(fā)展的成熟度，在信息交互的空間深度和廣度上還有很多不足：當前通信對象集中在陸地地表數(shù)千米高度的有限空間范圍內；雖然考慮了物聯(lián)需求，但距離真正無所不在的萬物互聯(lián)還有距離。尤其是隨著人類活動范圍的快速擴張，眾多技術領域的快速進步，對更加廣泛多樣的信息交互提出了更高的需求。

6G目標是滿足十年后（2030年～）的信息社會需求，因此6G愿景應該是現(xiàn)有5G不能滿足而需要進一步提升的需求。基于5G可以滿足的需求，并結合其它相關領域的發(fā)展趨勢，我們認為6G愿景可以概括為四個關鍵詞：“智慧連接”、“深度連接”、“全息連接”、“泛在連接”，而這四個關鍵詞共同構成“一念天地，萬物隨心”的6G總體愿景。

5G愿景“信息隨心至，萬物觸手及”，強調信息交互、萬物可連接，而且連接對象集中在陸地10km高度的有限空間范圍內。5G雖然在Rel-16版本開始研究并標準化非陸地通信網(wǎng)絡（non-terrestrial networks，NTN））技術特性［13］，但NTN架構涉及的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡與蜂窩網(wǎng)絡標準及技術體系依然是彼此獨立，需要通過專門的網(wǎng)關設備連接交互，其通信能力和效率很難滿足十年后的“泛在連接”需求。為滿足未來“泛在連接”需求，6G需要引入下文所述的空天地海一體化網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡將是一個有機整體，也即需要統(tǒng)一的標準協(xié)議架構和技術體系，真正實現(xiàn)空天地海一體化的“泛在連接”。另外，5G海量連接特性（mMTC）強調連接數(shù)量，而不要求實時性；超可靠低時延特性（uRLLC）強調可靠性與實時性，但對連接數(shù)量和吞吐量沒有需求，是以降低頻譜效率和連接數(shù)量為代價實現(xiàn)的。而6G的“萬物隨心”愿景則同時需要海量連接、可靠性、實時性和吞吐量需求，這些對通信網(wǎng)絡是全新的巨大挑戰(zhàn)，其對應的典型場景為下文所述的無線觸覺網(wǎng)絡。因此，雖然6G愿景涵蓋的基本概念中部分在5G已有涉及，但6G愿景提出了更高的目標，以滿足未來全新的場景需求。

概括來說，6G總體愿景是基于5G愿景的進一步擴展：“一念天地”中的“一念”一詞強調實時性，指無處不在的低時延、大帶寬的連接，“念”還體現(xiàn)了思維與思維通信的“深度連接”，“天地”對應空天地海無處不在的“泛在連接”；“萬物隨心”所指的萬物為智能對象，能夠“隨心”所想而智能響應，即“智慧連接”；呈現(xiàn)方式也將支持“隨心”無處不在的沉浸式全息交互體驗，即“全息連接”。

圖1、6G愿景

·智慧連接（Intelligent connectivity）

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是當前最熱門的話題之一，幾乎各個領域都在探索利用AI技術。無線移動通信網(wǎng)絡與AI結合，讓AI更好的賦能網(wǎng)絡也成為必然趨勢［14-30］。目前人們已經(jīng)開始嘗試在5G系統(tǒng)中使用AI技術［31-32］，但當前5G與AI的結合只能算是利用AI對傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構進行優(yōu)化改造，而不是真正以AI為基礎的全新智能通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。首先，AI技術應用于5G網(wǎng)絡的時機相對較晚，最近幾年才真正展開研究并嘗試把AI技術應用在5G網(wǎng)絡，而5G網(wǎng)絡架構本身早已定型。盡管5G網(wǎng)絡架構設計初期考慮了足夠的靈活性（即所謂軟件可定義），但畢竟沒有考慮AI技術特點，依然算是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構體系。其次，盡管AI技術發(fā)展很快，也已在一些領域展現(xiàn)了其強大的能力，但在更多領域依然處于探索階段，AI與無線通信技術結合研究更是剛起步不久，距離真正技術成熟還需要一個較長期的研究過程。

不過AI發(fā)展的趨勢讓我們看到了未來十年其技術成熟的可能性。同時，考慮到未來6G網(wǎng)絡結構將會越來越龐大異構，業(yè)務類型和應用場景也越來越繁雜多變，充分利用AI技術來解決這種復雜的需求幾乎是必然的選擇。預期未來6G將會突破傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)的應用范疇， 演變成為支撐全社會、全領域/行業(yè)運行的基礎性互聯(lián)網(wǎng)絡。若未來網(wǎng)絡依然以現(xiàn)有統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡框架來支撐6G時代極度差異化的繁雜應用，將會面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。AI技術的新一輪復興及迅猛發(fā)展， 為應對上述挑戰(zhàn)并超越傳統(tǒng)移動通信設計理念與性能提供了潛在的可能性，并將充分賦能未來6G網(wǎng)絡［21］。因此，我們認為基于AI技術構建6G網(wǎng)絡將是必然的選擇，“智慧”將是6G網(wǎng)絡的內在特征，即所謂“智慧連接”。

“智慧連接”特征可以表現(xiàn)為通信系統(tǒng)內在的全智能化：網(wǎng)元與網(wǎng)絡架構的智能化、連接對象的智能化（終端設備智能化）、承載的信息支撐智能化業(yè)務。未來6G網(wǎng)絡將會面臨諸多挑戰(zhàn)：更復雜、更龐大的網(wǎng)絡，更多類型的終端及網(wǎng)絡設備，更加復雜多樣的業(yè)務類型?！爸腔圻B接”將同時滿足兩方面的需求：一方面，所有相關連接在網(wǎng)絡的設備本身智能化，相關業(yè)務也已智能化；另一方面，復雜龐大的網(wǎng)絡本身也需要智能化方式管理?！爸腔圻B接”將是支撐6G網(wǎng)絡其它三大特性“深度連接”、“全息連接”和“泛在連接”的基礎特性。

· 深度連接（Deep connectivity）

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡（也包括即將規(guī)模部署的5G網(wǎng)絡）已有深度覆蓋的概念，主要是優(yōu)化室內接入需求的深度覆蓋。為實現(xiàn)室內深度覆蓋，工程中一般采用室外宏基站覆蓋室內，或者室內部署無線節(jié)點。4G及之前幾代的蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)是針對以人為中心的通信需求，深度覆蓋針對人員活動的典型室內場景進行優(yōu)化。經(jīng)過多代無線通信系統(tǒng)的技術演進及工程經(jīng)驗積累，對人員活動場所的典型室內場景覆蓋優(yōu)化技術已經(jīng)非常成熟。5G開始，通信對象從以人為中心的通信擴展為同時包括物聯(lián)通信，即所謂萬物互聯(lián)。因此，5G及未來無線通信網(wǎng)絡設計及其部署需要同時兼顧人和物的深度覆蓋需求，尤其是物聯(lián)場景的深度覆蓋。

人類生產和生活空間不斷擴大，信息交互需求的類型和場景越來越復雜。以5G為開端的萬物互聯(lián)將會促進物聯(lián)網(wǎng)通信需求快速提升，并很可能在未來幾年內爆發(fā)。相對人員的通信需求，物聯(lián)網(wǎng)信息交互無論是空間范圍還是信息交互類型，都將會極大的擴展?？梢灶A期，未來物聯(lián)需求將會從幾方面快速發(fā)展：

（1）連接對象活動空間的深度擴展。

（2）更深入的感知交互。未來的通信設備及其連接對象將大部分智能化，從而需要更深度的感知、更實時的反饋與響應，如同延伸的人類軀干和四肢。

（3）物理網(wǎng)絡世界的深度數(shù)據(jù)挖掘。AI深度學習將會對未來通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)深度挖掘與利用，同時還包括為支持深度學習而強化的大數(shù)據(jù)通信需求。

（4）深入神經(jīng)的交互。人機接口（Brain Computer Interface，BCI）等技術的成熟，思維與思維的直接交互將成為可能，一定程度的“心靈感應”將可能變?yōu)楝F(xiàn)實［10］［34］。

因此，我們預期十年后（2030年～）的6G系統(tǒng)，接入需求將從深度覆蓋演變?yōu)椤吧疃冗B接（Deep connectivity）”，其特征可以概括為如下幾點：

○ 深度感知（Deep Sensing）：觸覺網(wǎng)絡（Tactile Internet）；

○ 深度學習（Deep Learning /AI）：深度數(shù)據(jù)挖掘；

○ 深度思維（Deep Mind）：心靈感應（Telepathy）、思維與思維的直接交互（Mind-to-Mind Communication）。

· 全息連接（Holographic connectivity）

AR/VR（Virtual and Augmented Reality）被認為是5G最重要的需求之一，尤其是對5G高吞吐量需求的典型應用之一，5G將能夠支持把當前有線或固定無線接入的AR/VR變?yōu)楦鼜V泛場景的無線移動AR/VR。一旦AR/VR可以更簡單方便且不受位置限制的移動使用，將會促進AR/VR業(yè)務快速發(fā)展，進而刺激AR/VR技術與設備本身的快速發(fā)展與成熟。可以預期，十年后（2030年～），媒體交互形式將可能以現(xiàn)在平面多媒體為主，發(fā)展為高保真AR/VR交互為主，甚至全息信息交互，進而無線全息通信將成為現(xiàn)實。高保真AR/VR將普遍存在，全息通信及顯示也可隨時隨地的進行，從而人們可以在任何時間和地點享受完全沉浸式全息交互體驗，即實現(xiàn)所謂“全息連接”的通信愿景。當然，若想基于無線通信網(wǎng)絡實現(xiàn)全息通信、高保真AR/VR將會面臨諸多挑戰(zhàn)［35］，一系列文獻已經(jīng)在研究采用AI技術來解決相關問題［36-38］，即需要“智慧連接”的支撐。

“全息連接”特征可以概括為：全息通信、高保真AR/VR、隨時隨地無縫覆蓋的AR/VR。

· 泛在連接（Ubiquitous connectivity）

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡也有隨時隨地的無線接入需求。不過如前所述，5G系統(tǒng)開始，相對人員的通信需求，物聯(lián)網(wǎng)信息交互無論是空間范圍還是信息交互類型都將會極大的擴展。物聯(lián)設備的活動范圍將會極大擴展通信接入的地理空間，包括布置于深地、深?；蛏羁盏臒o人探測器，中高空有人/無人飛行器，深入惡劣環(huán)境的自主機器人、遠程遙控的智能機器設備等。另外，隨著宇航、深海探測等領域的科學技術快速發(fā)展，在一些極端自然環(huán)境下的生存能力提升，人類自身的活動空間也在快速擴展。例如，2030～2040年，也許會有更多人有機會進入外太空，則衛(wèi)星與地面、衛(wèi)星之間及與航天器之間的通信需求將會更普遍，而不是現(xiàn)在僅僅局限于少數(shù)專業(yè)的科學探索領域的特殊通信需求；人類在地面的活動蹤跡也會更多的出現(xiàn)在極地、沙漠腹地等；遠洋的活動、更多無人島嶼進駐人類。上述通信場景構成十年后（2030年～）更為廣泛的“隨時隨地”連接需求，即實現(xiàn)真正的“泛在連接（Ubiquitous connectivity）”，“廣闊”的世界也將變得越來越觸手可及。

“泛在連接”特征可以概括為：全地形、全空間立體覆蓋連接，即“空-天-地-?！彪S時隨地的連接，或稱為空天地海一體化通信。對比“深度連接”和“泛在連接”，前者側重連接對象的深度，后者強調地理區(qū)域的廣度。

總結上述四大未來6G愿景，“智慧連接”是未來6G網(wǎng)絡的大腦和神經(jīng)，“深度連接”、“全息連接”和“泛在連接”三者構成6G網(wǎng)絡的軀干，從而這四個特性共同使得未來6G網(wǎng)絡成為完整的擁有“靈魂”的有機整體。未來通信系統(tǒng)將會在現(xiàn)有5G的基礎上進一步發(fā)展增強，真正實現(xiàn)信息突破時空限制、網(wǎng)絡拉近萬物距離，實現(xiàn)無縫融合的人與萬物智慧互聯(lián)，并最終達到“一念天地，萬物隨心”的6G總體愿景。

2.2 需求與挑戰(zhàn)（Requirements and Challenges）

2.1節(jié)對未來6G網(wǎng)絡做了暢想，其美好愿景讓人無限期待。但若想實現(xiàn)這些美好的愿景，我們將不得不面臨諸多技術需求與挑戰(zhàn)。毫無疑問，5G已有的幾項基本技術指標還會在現(xiàn)有需求的基礎上進一步提升，包括更高的吞吐量、更低的時延、更高的可靠性和更海量的連接數(shù)等。不過本文將重點討論幾項6G特有的關鍵技術需求與挑戰(zhàn)。本節(jié)將會首先羅列這幾項6G關鍵的技術需求與挑戰(zhàn)，然后再對它們進行詳細討論和分析。為實現(xiàn)6G網(wǎng)絡的愿景，滿足未來通信需求，如下幾項關鍵技術需求與挑戰(zhàn)需要被考慮。

圖2、6G需求與挑戰(zhàn)

· 峰值速率：太比特時代（Terabit Era， Tb/s）

提及無線移動通信系統(tǒng)，人們首先要考慮的需求指標是峰值速率，峰值速率是從第一代無線移動通信系統(tǒng)開始就一直追求的關鍵技術指標之一。毫無疑問，6G也必將進一步提升峰值速率。從無線通信系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律和6G愿景兩個角度分析可知，6G峰值速率可能進入太比特時代（Terabit Era，Tb/s）。

首先，我們基于1～5G移動通信系統(tǒng)峰值速率提升的統(tǒng)計規(guī)律定量預測十年后（2030年～）的峰值速率需求?；谖墨I［44］的分析可知，1～5G移動通信系統(tǒng)峰值速率的增長服從指數(shù)分布（按照各代系統(tǒng)標準化的時間點計算）。基于峰值速率對應文中表一第二列所示（1～5G移動通信系統(tǒng)的峰值速率）預測未來十年的發(fā)展趨勢，可知2030年可能達到Tb/s峰值速率。其次，從6G愿景定性分析可知，至少有兩方面的應用需要6G峰值速率大幅度提升：

（1）智能化（大數(shù)據(jù)）的普遍應用，需要海量的數(shù)據(jù)傳輸需求，基于大數(shù)據(jù)的智能化應用可能是觸發(fā)下一代移動通信系統(tǒng)發(fā)展的重要驅動力之一；

（2）高保真的AR/VR和全息通信將成為6G必然支持的應用，其所需的數(shù)據(jù)速率將遠超我們目前已知的其他無線應用。

進一步，為達到高保真沉浸式AR/VR，不僅需要Tb/s的峰值速率，還需要較低的交互時延，也即需要高吞吐率與低時延同時保證。另外，隨時隨地AR/VR意味著任何時間任何地點都希望可以滿足高速率需求，也即不僅要求峰值速率，對網(wǎng)絡平均速率和覆蓋也有極高的要求。

總結上述分析可知，6G網(wǎng)絡將需要高達Tb/s級別的峰值速率。另外，不同于以往僅要求局部覆蓋區(qū)域（例如熱點區(qū)域）的峰值速率需求，6G網(wǎng)絡還將要求能夠隨時隨地的享受高速率、低時延的連接需求，這些將是6G網(wǎng)絡需要面對的巨大挑戰(zhàn)。

· 更高能效（Higher Energy Efficiency）

超大規(guī)模的移動通信網(wǎng)絡已成為世界能源消耗的不可忽視的一部分。它不僅產生巨大的碳排放，而且占據(jù)了相當一部分的運營成本。未來6G網(wǎng)絡擁有超高吞吐量、超大帶寬、超海量無處不在的無線節(jié)點，這些將對能耗帶來前所未有的巨大挑戰(zhàn)。頻譜效率提升和頻譜帶寬增大，吞吐量可以有巨大的提升，但隨之而來的能效問題將會更加嚴重，需要盡可能降低每比特的能量消耗（J/bit）。無所不在、密集充滿人類生產生活空間的感知網(wǎng)絡傳感器，將帶來兩方面的能耗問題：首先，龐大的數(shù)量帶來高昂的總能耗；其次，如何方便有效地對無處不在的部署進行供能也是挑戰(zhàn)。另外，“智慧連接”中海量數(shù)據(jù)處理功耗、超大規(guī)模天線的處理功耗等場景，也是未來6G網(wǎng)絡需要面臨的功耗挑戰(zhàn)。面對未來6G網(wǎng)絡巨大的能源消費壓力，綠色節(jié)能通信顯得尤為重要和迫切［45］。

· 隨時隨地的連接（Connection Everywhere and Anytime）

隨著科學技術的進步，人類活動空間將進一步擴大，活動區(qū)域更普遍的到達高空、外太空、遠洋、深海；通信節(jié)點，尤其是物聯(lián)節(jié)點相對人員將遍布更廣闊的區(qū)域。通信網(wǎng)絡已經(jīng)和人類的社會活動密不可分，未來需要構建一張無所不在（覆蓋空天地海）、無所不連（萬物互聯(lián)）、無所不知（借助各類傳感器）、無所不用（基于大數(shù)據(jù)和深度學習）的網(wǎng)絡，真正實現(xiàn)隨時隨地的連接及交互需求。未來通信網(wǎng)絡的通信目標應為：任何人（Anyone）在任何時間（Anytime）任何地點（Anywhere）可與任何人（Anyone）進行任何業(yè)務（Anyservice）通信或與任何相關物體（Related Objects）進行相關信息（Related Information）交互［46］。

· 全新理論與技術（New Theories and Technologies）

為實現(xiàn)6G極具挑戰(zhàn)性的愿景，需要新增更多可用頻譜資源，同時也需要在一些基礎性的理論與技術上有所突破?；趯?G愿景的需求分析，我們認為需要在幾個關鍵方面取得突破，包括全新信號采樣機制、全新信道編碼與調制機制、太赫茲通信的理論與技術、AI與無線通信結合的技術等。

· 自聚合通信架構（Self-Aggregating Communications Fabric）

幾乎每一代3GPP標準都號稱可以融合多種技術標準，但最終結果依然還是一個自我封閉的標準系統(tǒng)。盡管3GPP標準希望包打天下，但在萬物互聯(lián)逐漸實現(xiàn)的過程中，我們將不得不面臨與其它復雜多樣的垂直行業(yè)標準和技術融合的問題。為更好支持萬物互聯(lián)及垂直行業(yè)應用，6G應該真正可以動態(tài)的融合多種技術體系，具備對不同類型網(wǎng)絡（技術）智能動態(tài)地自聚合能力。雖然5G能夠一定程度地適應不同類型的網(wǎng)絡（技術），但還是只能靜態(tài)或半靜態(tài)組合方式。6G將需要實現(xiàn)以更加智能靈活的方式聚合不同類型的網(wǎng)絡（技術），以動態(tài)自適應地滿足復雜多樣的場景及業(yè)務需求。

· 非技術性因素的挑戰(zhàn)（Nontechnical Challenges）

未來6G若想順利落地實現(xiàn)，不僅要面臨上述技術性問題的挑戰(zhàn)，也將不得不需要盡力克服諸多非技術因素的挑戰(zhàn)，主要涉及行業(yè)壁壘、消費者習慣及政策法規(guī)問題等。

相對5G，6G將會更加全面地滲透到社會生產、生活的各個方面，與其它垂直行業(yè)領域的結合也將更加緊密。這意味著移動通信不再局限于自己的領域，需要和其它垂直行業(yè)/領域緊密配合。但是，一些傳統(tǒng)行業(yè)固有的行為方式或利益關系將會對移動通信的進入直接或間接地設置行業(yè)壁壘。

頻譜分配與使用規(guī)則是另一個非技術限制因素。例如6G太赫茲頻段的使用，一方面需要全球不同國家和地區(qū)協(xié)調分配，盡可能分配統(tǒng)一的頻段范圍，同時還需要考慮與該頻譜的其它領域使用者協(xié)調，例如氣象雷達等。

衛(wèi)星通信將面臨更多的政策法規(guī)限制。首先，衛(wèi)星通信所用的軌道資源、頻譜資源等都需要各國協(xié)商解決。其次，相對傳統(tǒng)地面通信，衛(wèi)星通信在全球漫游切換方面上將面臨更多挑戰(zhàn)。目前，幾個主要國家及一些商業(yè)實體都在積極進行衛(wèi)星通信系統(tǒng)搭建，如何協(xié)調這些彼此獨立部署的衛(wèi)星通信系統(tǒng)關系，將是一個極其復雜的問題。

另外，移動通信進入眾多完全不同特點的垂直行業(yè)后，不得不面對差異化極大的用戶使用習慣。如何更快速地改造這些千差萬別的垂直行業(yè)用戶固有思維方式和習慣，盡快適應全新的行為方式與規(guī)則，將是一個極具挑戰(zhàn)的問題。

6G網(wǎng)絡最終將提供每秒太比特速率，支撐十年后（2030年～）平均每人1000+無線節(jié)點的連接，并提供隨時隨地的即時全息連接需求。未來將是一個完全的數(shù)據(jù)驅動的社會，人與萬物被普遍地、近乎即時（毫秒級）地連接，構成一個不可思議的完全連接的烏托邦世界。

3、6G候選關鍵技術

無線接入技術發(fā)展推動主要來自兩個方面：關鍵理論/技術突破推動技術發(fā)展，應用需求驅動技術發(fā)展。對于未來6G將會有哪些潛在的關鍵技術構成，不同的機構分別給出了不同的觀點［6-10］。當前尚處于6G概念探討的初期，各家給出的觀點差異還比較大。但相信隨著大家對6G概念探討和技術研究的深入，認識將會逐漸清晰，研究方向也會不斷收斂聚焦。本節(jié)將首先分類羅列6G潛在關鍵候選技術特性，然后對相關候選技術特性進行分析和解讀。

為實現(xiàn)第2節(jié)所描繪的6G愿景及其挑戰(zhàn)，同時考慮相關技術發(fā)展狀況與趨勢，我們認為6G潛在關鍵技術特性可以包括如下幾方面。

圖3、6G潛在關鍵技術特性

基礎性技術是構成6G網(wǎng)絡的基石，只有關鍵基礎技術被突破，6G網(wǎng)絡相應的技術需求才可能滿足，進而相關愿景才可能實現(xiàn)。而專有技術特性則由多個關鍵的基礎性技術點有機組成，用于滿足未來6G典型場景的需求。從系統(tǒng)維度看，多個關鍵技術點組成專有技術特性，而多個專有技術特性組合構建有機的系統(tǒng)。當前，我們需要對6G候選關鍵技術進行基礎性研究和突破，為未來6G網(wǎng)絡的標準化及工程實現(xiàn)技術研究奠定基礎。其中，AI與無線通信結合研究（“AI-based Wireless Communication”）近期非?；馃幔彩菍崿F(xiàn)未來6G網(wǎng)絡“智慧連接”的關鍵技術，但是否可以作為無線領域的基礎性技術尚存在爭議。