6G国际发展态势报告

6G国际发展态势报告 中国移动通信研究院（中移智库） · 前言 以科技创新促进人类社会可持续发展，是联合国2030可持续发展议程的重要内容。第六代移动通信（简称6G）既是面向未来，引领创新的前沿科技，也是与经济社会融合交织的复杂技术系统，对于促进数字经济发展，加快产业结构升级，消弭数字鸿沟差距，助力可持续发展目标实现将发挥重要作用。面向2030+经济社会发展的新需求和新挑战，6G将在5G基础上持续推动通感算一体，实现人、机、物智联，加速物理世界和数字虚拟世界的无缝衔接，赋能生产方式、生活方式和社会治理方式转型升级。 世界各国不仅把6G作为构筑未来数字经济与社会发展的重要基石，也将其视为国家间前沿科技竞争的制高点。全球主要国家的多个研究机构和联盟组织相继发布了6G总体愿景、技术趋势、网络架构等方面的白皮书和研究报告，陈述各国发展6G的宏伟愿景与技术思考。当前，6G正处于从愿景擘画、技术预研走向建立共识、订制全球标准的重要窗口期，及时跟踪、充分了解主要国家的6G愿景诉求，技术路线和应用场景，明晰各国认知差异，对未来凝聚形成共识具有重要价值。 本报告充分考虑新一轮科技革命与产业变革加速演进的时代背景，将联合国2030+可持续发展议程设置的人类、地球、和平、繁荣与合作五维可持续目标，依托研究情境引申为人机协同共存、环境低碳友好、信息透明可信、技术繁荣创新、产业合作共赢五方面，沿着人机协同需要机物智联，环境友好需要网络低碳，信息畅通要 · 求网络可信，网络演进需要技术创新，产业进步需要建用互促的脉络，提出6G国际发展态势五维分析框架：从“以人为本，人机协同的智联网络”、“绿色节能，环境友好的低碳网络”、“互联互通，守牢底线的可信网络”、“迭代升级，技术先进的创新网络”、“创生场景，繁荣产业的赋能网络”五个维度，对美国、欧盟、日本、韩国以及中国的6G发展态势展开比较分析。 目前6G的研发工作正在加速推进中，未来两年将迎来标准化的关键窗口。本报告旨在总结世界主要国家对6G的体系认知与前瞻思考，凝聚共识、汇聚合力，为建立全球统一的6G标准做好准备。后续中国移动将联合产业界和学术界及时跟踪6G国内外发展态势，为6G顶层规划提供借鉴。 本报告的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 中国移动6G国际发展态势报告 目录 1.背景与思路1 2.以人为本，人机协同的智联网络2 2.1人、机、物协同泛在智联2 2.2空、天、地一体广域覆盖3 2.3小结4 3.绿色节能，环境友好的低碳网络5 3.1降低能耗，提升能源使用效率5 3.2减少碳排，助推环境可持续发展7 3.3小结8 4.互联互通，守牢底线的可信网络9 4.1研发数据和网络安全技术，确保网络韧性稳健9 4.2探索前沿技术，赋能6G可信网络服务11 4.3小结13 5.迭代升级，技术先进的创新网络14 5.1加强频谱利用预研，启动电磁频谱规划14 5.2软件定义与技术融合影响6G技术路线选择16 5.3小结17 6.创生场景，繁荣产业的赋能网络19 6.1场景聚焦具身体验和机物智联19 6.2产业聚焦潜力深、辐射广的行业23 6.3小结26 7.结语27 缩略语列表28 参考文献30 1.背景与思路 当前，以6G等为代表的前沿数字科技引领新一轮科技革命和产业变革加速演进，建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的6G网络，是打造2030+智能化综合性数字基础设施，畅通经济社会发展信息“大动脉”的重要基石。从技术演进视角看，6G既是对5G技术的迭代升级，也是面向人机物智联潜在需求，实现通信技术、信息技术、大数据技术、AI技术、控制技术深度融合的新一代移动通信系统。从复杂系统演化视角看，6G的发展呈现海量数据、高速带宽和高效算力交织迭代，市场需求与技术供给互为因果，国家战略引领与企业实践探索相互促进的新特征。 伴随大国间科技竞争和产业博弈持续加剧，世界主要国家和地区纷纷加速布局未来产业，构筑未来竞争新优势。按照“使用一代，建设一代，研发一代”的移动通信发展节奏，全球6G竞赛已经拉开帷幕。为及时跟踪、充分了解主要国家的6G愿景诉求，技术路线和应用场景，明晰各国认知差异，构建图1的6G国际发展态势分析框架。 图16G国际发展态势分析框架 后续各章将依托图1框架，从“以人为本，人机协同的智联网络”、“绿色节能，环境友好的低碳网络”、“互联互通，守牢底线的可信网络”、“迭代升级，技术先进的创新网络和创生场景”、“创生场景，繁荣产业的赋能网络”五方面比较美国、欧盟、日本、韩国和中国的6G最新发展动态。 2.以人为本，人机协同的智联网络 6G网络通过提供人与人、人与物、物与物之间的连接，以及实现天基、空基、地基互联的网络，延伸信息服务的宽度、广度和深度，期望满足用户个性化的性能需求，实现以人为本的按需服务。 2.1人、机、物协同泛在智联 美国把人机物协同作为6G发展的重心。2022年2月，NextG联盟提出了美国未来发展6G的六大愿景，其中之一即是增强数字世界体验（DigitalWorldExperience,DWE）。面向6G的数字世界体验包括各种可以改变物理、数字和生物世界中人类互动的多感官体验，在6G技术驱动下，创新的人机界面和人-机通信产生的协同效应将推动数字世界体验更好地发展。 欧盟5G-PPP组织主张未来网络架构要适配全新的人、机、物通信需求。未来的人、机、物互联互通不仅要设计全新的人机交互方式，还要考虑终端低功耗、计算存储容量有限的趋势，6G网络将趋于分布式架构，通过众多靠近机、物地理位置的边缘计算中心实现超高密度人、机、物泛在智联。 日本将人机互联视为构建超智能社会（“社会5.0”）的必要条件。“社会5.0”是日本政府提出的一种以人为中心的新型社会，依靠物联网（IoT）、人工智能（AI）等科技手段，融合网络空间与现实物理空间，使所有人都能享受高质量的产品与服务，助推经济可持续发展的同时，解决人口老龄化、劳动力短缺等社会问题。日本国家信息和通信研究所（NICT）描述了人机互联的未来场景：用户通过脑机接口，利用6G网络的高数据吞吐量、低延迟和高精度定位能力接收三维触觉反馈。 韩国政府还没有提出人机物智联的明确愿景，但龙头企业有机器互联应用设想。三星研究院指出，随着6G时代的到来，无线通信的应用从人与人连接扩展到万物互联，发生了范式转变。三星预计到2030年，全球联网设备数量将 达到5000亿台，随着联网机器数量的指数级增长，“机器互联”将成为未来 6G应用的一大趋势。 中国将人机物智联作为6G发展总体愿景之一。IMT-2030（6G）推进组指出：6G将构建人机物智慧互联、智能体高效互通的新型网络，在大幅提升网络能力的基础上，具备智慧内生、多维感知、数字孪生等新功能。中国移动提出在未来2030年及以后的时代，整个世界将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、物和物之间可通过数字化世界来传递信息与智能，6G将促使世界走向“数字孪生、智慧泛在”，实现“6G重塑世界”的宏伟目标。 2.2空、天、地一体广域覆盖 当前，移动通信网络主要在人员活动的城市、乡镇广泛覆盖，人迹罕至但机、物触达的陆地与海洋还存在不少网络接入盲区，拓展从近地轨道到地面更大范围的网络延伸也是6G网络发展的重点。 日本强调加快关键技术预研以实现6G网络从太空到陆地与海洋的广域覆盖。“扩展性”功能强调终端和基站与卫星和HAPS（HighAltitudePlatformStation）等不同的通信系统无缝连接，终端和窗口等各种接口转换为基站（泛在基站），通过设备之间的协调实现无处不在的连接。日本超越5G推广联盟提出重点研发高吞吐量和容量技术、低延时技术、物联网的大规模连接技术、激光通信、最优路由选择和多连接技术、量子密码通信、自主操作技术、边缘计算技术共八类关键技术以助推6G网络的空天地一体覆盖。 韩国政府高度重视6G“空天地一体”，将“超空间”作为6G技术研发的五大领域之一。韩国科学与信息通信技术部于2021年1月提出了6G技术研发的5大领域，在“超空间”领域，韩国表态将研发3D移动空间技术和3D空间卫星通信技术等。此外，韩国科学与信息通信技术部表示，在6G发展过程中，韩国将努力确保低轨道卫星通信技术的竞争力，以适应未来通信服务从地面到空中的扩展业务。为此，韩国将建立试点网络，努力实现核心技术自主自控，目标计划：在2027年通过低轨通信卫星试射验证天线、调制解调器等核心技术； 在2030年后，将这些技术积极应用部署在国防领域。 中国将空天地一体化作为未来6G通信发展的重要方向。IMT-2030（6G）推进组指出6G将实现地面网络、不同轨道高度上的卫星（高中低轨卫星）以 及不同空域飞行器等融合而成全新的移动信息网络，通过地面网络实现城市热点常态化覆盖，利用天基、空基网络实现偏远地区、海上和空中按需覆盖，具有组网灵活、韧性抗毁等突出优势。中国移动高度重视6G天地一体的技术发展，提出支持终端融合一体、无缝连接全球的信息服务能力目标愿景，稳步推进架构融合、空口融合、频率融合和多轨融合四大关键技术。 2.3小结 建设“以人为本，人机协同的智联网络”是6G愿景落地的重要体现，各国都强调在5G基础上拓展人机物智联的广度与深度，但在联接重点对象，网络覆盖范围方面存在认知差异：美国高度关注人机物协同，看重增强用户的数字世界体验；欧盟主张网络架构要适配全新的人、机、物通信需求；日本提出以人机互联为基础构建未来超智能社会；韩国强调拓展机器互联应用；中国倡议构建人机物智慧互联、智能体高效互通的新型网络。此外，东亚的中、日、韩三国均希望6G网络覆盖范围向空、天、地、海延伸。 3.绿色节能，环境友好的低碳网络 建立健全绿色低碳，循环发展的经济体系，促进经济社会发展全面绿色转型，是世界各国解决资源环境生态问题的基础之策。将绿色规划、绿色设计、绿色建设思想纳入6G全生命周期，融入节能环保、低碳计算等新兴技术，打造绿色节能、环境友好的6G低碳网络，是各国实现碳达峰、碳中和目标的重要途径。 3.1降低能耗，提升能源使用效率 为建立绿色节能的6G网络，美国积极研发6G低能耗关键技术。为提升6G网络和终端的能源使用效率，NextG联盟指出，需要依赖节能基础设施、AI/ML动态优化网络、自适应连接协议、超低功率接口的设备等关键设备和技术，达到能源节约目的，为此开展系列关键技术研发，如表1所示。 目标 关键技术 技术研发要点 降低能耗，提升能效 为提高能效而设计的无线电技术和组件，包括数据转换器、片上系统（SOC）和功率放大器 新的波形、编码、调制和多址方案、预失真、超低分辨率数据转换器、具有更高集成水平的SOC 具有优化的计算、网络、存储和数据中心设施的节能基础设施。 为降低6G网络空闲资源，对现有的基础设施动态调优 使用AI/ML动态优化网络，从而降低基站、设备和核心网络的能耗。 内嵌A/ML算法，实现6G网络资源的动态优化，提升服务可用性 自适应连接协议，允许空闲连接，显著降低设备和无线电功率消耗，节省电池和射频功率。 优化射频协议和频谱功率 具有真正的超低功率接口的设备能量收集，可缓解电池损耗或在其使用寿命内最大限度地减少电池更换的需要。 可再生/零能量损耗设备 表1美国积极研发的6G低能耗关键技术 日本强调6G低能耗设备研发，注重可持续发展。当前日本积极探索光信号转换和传输等方面的低能耗技术。日本信息通信研究机构（NICT）开发了光信号转换部件和光纤无线传输技术，大幅节能并降低成本，有可能用于超高速网联的各类终端，以满足未来社会基础设施低能耗的要求。 韩国十分看重6G网络低能耗技术的研发。一方面通过引入人工智能技术降低终端和网络系统能耗开销。韩国科学与信息通信技术部提出，人工智能芯片和人工智能功耗优化系统将应用于总能耗占比较大的基站。另一方面通过基站节能、核心网优化和网络