6G技术的未来展望

中国信通院IMT-2030（6G）推进组发布《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》。 内容涵盖总体愿景、八大业务应用场景、十大潜在关键技术等，并阐述了对6G发展的一些思考。

随着5G大规模商用，全球业界已开启 对下一代移动通信技术（6G）的研究探 索。面向2030年及未来，人类社会将进入智 能化时代，社会服务均衡化、高端化，社会 治理科学化、精准化，社会发展绿色化、节 能化将成为未来社会的发展趋势。从移动互 联，到万物互联，再到万物智联，6G将实 现从服务于人、人与物，到支撑智能体高效 联接的跃迁，通过人机物智能互联、协同共 生，满足经济社会高质量发展需求，服务智 慧化生产与生活，推动构建普惠智能的人类 社会。

6 G将提供完全沉浸式交互场景，支持精确的空间互动，满足人类在多重感 官、甚至情感和意识层面的联通交互，通 信感知和普惠智能不仅提升传统通信能 力，也将助力实现真实环境中物理实体的 数字化和智能化，极大提升信息通信服务 质量。

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、安全内生等新功能。6G将实现物理世 界人与人、人与物、物与物的高效智能互联，打造泛在精细、实时可信、有机整合的 数字世界，实时精确地反映和预测物理世界 的真实状态，助力人类走进人机物智慧互 联、虚拟与现实深度融合的全新时代，最终 实现“万物智联、数字孪生”的美好愿景。

面向2030年及未来，6G网络将助力实现 真实物理世界与虚拟数字世界的深度融合，构 建万物智联、数字孪生的全新世界。沉浸式云 XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信 感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等全 新业务在人民生活、社会生产、公共服务等 领域的广泛深入应用，将更好支撑经济高质 量发展需求，进一步实现社会治理精准化、 公共服务高效化、人民生活多样化，推动在 更高层次上践行人民为中心的发展理念，满 足人们精神和物质的全方位需求，持续提升 人民群众的获得感、幸福感和安全感。

扩展现实（XR）是虚拟现实（VR）、 增强现实（AR）、混合现实（MR）等的统称。云化XR技术中的内容上云、渲染上 云、空间计算上云等将显著降低XR终端设 备的计算负荷和能耗，摆脱了线缆的束缚， XR终端设备将变得更轻便、更沉浸、更智 能、更利于商业化。面向2030年及未来，网络及XR终端能 力的提升将推动XR技术进入全面沉浸化时 代。云化XR系统将与新一代网络、云计 算、大数据、人工智能等技术相结合，赋能 于商贸创意、工业生产、文化娱乐、教育培 训、医疗健康等领域，助力各行业的数字化 转型。未来云化XR系统将实现用户和环境的 语音交互、手势交互、头部交互、眼球交互 等复杂业务，需要在相对确定的系统环境 下，满足超低时延与超高带宽才能为用户带 来极致体验。现有的云VR系统对MTP1 时延的要求不高于20ms，而现有端到端时延则 达到了70ms。面向2030年及未来，基于云 化XR的总时延将至少低于10ms。根据虚拟 现实产业推进会测算, 虚拟现实用户体验要达到完全沉浸水平，角分辨率需达60 ppd， 帧率不低于120 Hz，视场角不低于130°， 每像素12 bit，且能够在一定程度上消解调 焦冲突引发的眩晕感，按压缩比100计算， 吞吐量需求约为3.8 Gbps。

随着无线网络能力、高分辨率渲染及 终端显示设备的不断发展，未来的全息信 息传递将通过自然逼真的视觉还原，实现 人、物及其周边环境的三维动态交互，极 大满足人类对于人与人、人与物、人与环 境之间的沟通需求。未来全息通信将广泛应用于文化娱乐、 医疗健康、教育、社会生产等众多领域，使 人们不受时间、空间的限制，打通虚拟场景 与真实场景的界限，使用户享受身临其境 般的极致沉浸感体验。但同时，全息通信 将对信息通信系统提出更高要求，在实现大 尺寸、高分辨率的全息显示方面，实时的交互式全息显示需要足够快的全息图像传输 能力和强大的空间三维显示能力。以传送 原始像素尺寸为1920×1080×50的3D目标 数据为例[3]，RGB数据为24 bit，刷新频率 60 fps，需要峰值吞吐量约为149.3 Gbps， 按照压缩比100计算，平均吞吐量需求约为 1.5 Gbps。由于用户在全方位、多角度的全 息交互中需要同时承载上千个并发数据流， 由此推断用户吞吐量则需要至少达到Tbps 量级。对于全息通信应用于“数字人”的靶 向治疗、远程显微手术等特殊场景，由于信 息的丢失意味着系统可靠性的降低，且为满 足时延要求，传输的数据通常不可以选择重 传，所以要求数据传输具有超高安全性和可 靠性。

视觉和听觉一直是人与人之间传递信息 的两种基本手段，除视觉和听觉外，触觉、 嗅觉和味觉等其它感官也在日常生活中发挥 着重要作用。面向2030年及未来，更多感官 信息的有效传输将成为通信手段的一部分， 感官互联可能会成为未来主流的通信方式， 广泛应用于医疗健康、技能学习、娱乐生 活、道路交通、办公生产和情感交互等领 域。畅想未来，远隔重洋的家庭成员或许不 再为见面而跨越大半个地球，通过感官互联 设备将会让他们感受到一个拥抱、一次握手 的温度；坐在家中便可漫步马尔代夫海滩， 体验沙子滑落指间和海风沁人心脾的感觉。

为了支撑感官互联的实现，需要保证 触觉、听觉、视觉等不同感官信息传输的 一致性与协调性，毫秒级的时延将为用户 提供较好的连接体验。触觉的反馈信息与 身体的姿态和相对位置息息相关，对于定 位精度将提出较高要求。在多维感官信息 协同传输的要求下，网络传送的最大吞吐 量预计将成倍提升。安全方面，由于感官 互联是多种感官相互合作的通信形式，为 保护用户的隐私，通信的安全性必须得到 更有力的保障，以防止侵权事件的发生。感官数字化表征方面，各种感觉都具有独 特的描述维度和描述方式，需要研究并统 一其单独和联合的编译码方式，使得各种 感觉都能够被有效地表示。

依托未来6 G移动通信网络，有望在 情感交互和脑机交互（脑机接口）等全 新研究方向上取得突破性进展。具有感 知能力、认知能力、甚至会思考的智能 体将彻底取代传统智能交互设备，人与 智能体之间的支配和被支配关系将开始 向着有情感、有温度、更加平等的类人 交互转化。具有情感交互能力的智能系 统可以通过语音对话或面部表情识别等 监测到用户的心理、情感状态，及时调 节用户情绪以避免健康隐患；通过心念 或大脑来操纵机器，让机器替代人类身 体的一些机能，可以弥补残障人士的生理缺陷、保持高效的工作状态、短时间 内学习大量知识和技能、实现“无损” 的大脑信息传输等。在智慧交互场景中，智能体将产生主 动的智慧交互行为，同时可以实现情感判 断与反馈智能，因此，数据处理量将会大 幅增加。为了实现智能体对于人类的实时 交互与反馈，传输时延要小于1ms[4]，用 户体验速率将大于10Gbps[5]；6G智慧交 互应用场景，将融合语音、人脸、手势、 生理信号等多种信息，人类思维理解、情 境理解能力也将更加完善，可靠性指标需 要进一步提高到99.99999%[6]。

未来6G网络将可以利用通信信号实现 对目标的检测、定位、识别、成像等感知功 能，无线通信系统将可以利用感知功能获取 周边环境信息，智能精确地分配通信资源， 挖掘潜在通信能力，增强用户体验。毫米波 或太赫兹等更高频段的使用将加强对环境和 周围信息的获取，进一步提升未来无线系统 的性能，并助力完成环境中的实体数字虚拟 化，催生更多的应用场景。6G将利用无线通信信号提供实时感知 功能，获取环境的实际信息，并且利用先 进的算法、边缘计算和AI能力来生成超高分辨率的图像，在完成环境重构的同时， 实现厘米级的定位精度，从而实现构筑虚 拟城市、智慧城市的愿景。基于无线信号 构建的传感网络可以代替易受光和云层影 响的激光雷达和摄像机，获得全天候的高 传感分辨率和检测概率，实现通过感知来 细分行人、自行车和婴儿车等周围环境物 体。为实现机器人之间的协作、无接触手 势操控、人体动作识别等应用，需要达到 毫米级的方位感知精度，精确感知用户的 运动状态，实现为用户提供高精度实时感 知服务的目的。此外，环境污染源、空气 含量监测和颗粒物（如PM2.5）成分分析等 也可以通过更高频段的感知来实现。

到2030年，越来越多的个人和家用设 备、各种城市传感器、无人驾驶车辆、智能 机器人等都将成为新型智能终端。不同于传 统的智能手机，这些新型终端不仅可以支持 高速数据传输，还可以实现不同类型智能设 备间的协作与学习。可以想象，未来整个社 会通过6G网络连接起来的设备数量将到达 万亿级，这些智能体设备通过不断的学习、 交流、合作和竞争，可以实现对物理世界运 行及发展的超高效率模拟和预测，并给出最 优决策。在网络运维方面，AI智能体将把数据转 化为信息，从实战中学习积累知识和经验， 提供数据分析和决策建议，支撑海量数据处 理和零延迟智能控制，并且根据感知到的环 境变化对网络中心和边缘进行负载调整和协调，处理接入和突发传输请求。在未来的智 能工厂中，大量用于生产的协作机器人可以 通过智能体实现信息的交互与学习，不断更 新自身模型，优化制造流程。6G的智能设 计还可以为无人机集群、智能机器人等无人 系统提供实时动作策略，让无人终端高效、 精准地利用资源，实现高效控制与高精度定 位。图像、语音、温度等数据也可以用于智 能学习与协作，AI将把局部数据连接起来， 在特定环境下实现不同智能终端之间可靠、 低时延的通信和协作，并且通过大数据不断 学习持续提升工作效率和准确性。AI应用的本质就是通过不断增强的算 力对大数据中蕴含的价值进行充分挖掘与持 续学习的过程，从6G时代开始，网络自学 习、自运行、自维护都将构建在AI和机器学 习能力之上。网络自身就像一个“棋圣”， 能够从容应对各种实时的变化。6G网络将通过不断的自主学习和设备间协作，持续为 整个社会赋能赋智，真正做到学习无处不 在，永远学习和永远更新，把AI的服务和应 用推到每个终端用户，让实时、可靠的AI智 能成为每个人、每个家庭、每个行业的忠实 伙伴，实现真正的普惠智能。

随着感知、通信和人工智能技术的不断 发展，物理世界中的实体或过程将在数字世 界中得到数字化镜像复制，人与人、人与 物、物与物之间可以凭借数字世界中的映射 实现智能交互。通过在数字世界挖掘丰富的 历史和实时数据，借助先进的算法模型产生 感知和认知智能, 数字世界能够对物理实体 或者过程实现模拟、验证、预测、控制，从 而获得物理世界的最优状态。未来6G时代将进入虚拟化的孪生数字 世界。在医疗领域，医疗系统可以利用数字 孪生人体的信息，做出疾病诊断并预判最佳 治疗方案；在工业领域，通过数字域优化产 品设计，可降低成本并提高效率；在农业领 域，利用数字孪生进行农业生产过程的模拟 和推演，可以提前预知不利因素，提高农业 生产的能力与土地利用效率；在网络运维领 域，通过数字域和物理域的闭环交互、认知 智能、以及自动化运维等操作，网络可快速 适应复杂多变的动态环境，实现规划、建 设、监控、优化和自愈等运维全生命周期的 “自治”。数字孪生对6G网络的架构和能力提出 了诸多挑战，需要6G网络拥有万亿级的设 备连接能力并满足亚毫秒级的时延要求，以 便能够精确实时地捕捉物理世界的细微变 化。通过网络数据模型和标准接口并辅以自纠错和自生成的能力，使得数据质量得到保 障。考虑到数据隐私和安全需求，需要6G 网络能够在集中式和分布式架构下均可进行 数据采集、存储、处理、训练和模型生成。此外，6G网络还需要达到Tbps的传输速率 以保证精准的建模和仿真验证的数据量要 求，通过快速的迭代寻优和决策，按需采取 集中式或分布式的智能生成模式。

目前全球仍有超过30亿人没有基本的互 联网接入[7]，其中大多数人分布在农村和 偏远地区，地面通信网络高昂的建网成本使 电信运营企业难以负担。无人区、远洋海域 的通信需求，如南极科学考察的高速通信、 远洋货轮的宽带接入等，也无法通过部署地 面网络来满足。除了地球表面，无人机、飞机等空中设备也存在越来越多的连接需求。随着业务的逐渐融合和部署场景的不断扩 展，地面蜂窝网与包括高轨卫星网络、中低 轨卫星网络、高空平台、无人机在内的空间 网络相互融合，将构建起全球广域覆盖的空 天地一体化三维立体网络，为用户提供无盲 区的宽带移动通信服务。全域覆盖将实现全时全地域的宽带接 入能力，为偏远地区、飞机、无人机、 汽车、轮船等提供宽带接入服务；为全球 没有地面网络覆盖的地区提供广域物联网 接入，保障应急通信、农作物监控、珍稀 动物无人区监控、海上浮标信息收集、远 洋集装箱信息收集等服务；提供精度为厘 米级的高精度定位，实现高精度导航、精 准农业等服务；此外，通过高精度地球表 面成像，可实现应急救援、交通调度等服务。

全球移动通信发展历经1G到4G的跨 跃式发展，已进入5G商用的关键阶段。回 顾移动通信发展历程，新业务应用由出现 到成熟往往需要两代周期来培育，1G实现 了语音业务，在2G获得了广泛应用；3G 开始可以支持移动多媒体业务，到4G时代 移动互联网业务得到了蓬勃发展；5G应 用场景首次由移动互联网拓展到物联网领 域，将实现与垂直行业的深度融合，开启 了工业互联网新时代。在信息消费极大增长和生产效率不断 提升的需求驱动下，以及在先进的感知 技术、人工智能、通信技术、新材料和 新器件的使能下，将衍生出更高层次的 移动通信新需求，推动5G向6G演进和发 展。6G将在5G基础上进一步拓展和深化 物联网的应用范围和领域，持续提升现 有网络的基础能力，并不断发掘新的业 务应用，服务于智能化社会和生活，实 现由万物互联到万物智联的跃迁。5G的 成功商用，特别是在垂直行业领域的广 泛应用，将为6G发展奠定良好基础。预 计3GPP国际标准组织将于2025年后启动 6G国际技术标准研制，大约在2030年实 现6G商用。

移动通信技术与人工智能、大数据、云 计算等新一代网络信息技术加速融合，智能 化将成为未来新一代移动通信技术发展的新 趋势之一。DOICT的深度融合将激发新一代 网络信息技术创新活力，释放多技术交叉融 合运用所带来的叠加倍增效应，带来感知、 存储、计算、传输等环节的群体性突破，最 终实现网络信息技术的代际跃迁。同时，人 工智能将推动网络进入智能化时代，人工智 能技术在网络领域正在从辅助运维扩展到网 络性能优化、网络模式分析、部署管理、网 络架构创新等多个领域，将引发网络信息技 术的全方位创新。在此背景下，6G将使超大规模的智能化 网络成为现实，在物理世界中运行的个人、 设备、特定环境将通过动态数字建模在智能 化网络中找到位置。6G网络连接起来的智能 体，通过不断的学习、交流、合作和竞争， 将能够以超高效率模拟和预测物理世界的运 行和发展，从而做出更快、更好的决策。

频谱资源是移动通信发展的基础，6G 将持续开发优质可利用频谱，在对现有频谱资源高效利用的基础上，进一步向毫米 波、太赫兹、可见光等更高频段扩展，通 过对不同频段频谱资源的综合高效利用来 满足6G不同层次的发展需求。6GHz及其以下频段的新频谱仍然是6G 发展的战略性资源，通过重耕、聚合、共 享等手段，进一步提升频谱使用效率，将 为6G提供最基本的地面连续覆盖，支持6G 实现快速、低成本网络部署。高频段将满足6 G对超高速率、超大 容量的频谱需求。随着产业的不断发展和 成熟，毫米波频段在6G时代将发挥更大 作用，其性能和使用效率将大幅提升。太 赫兹、可见光等更高频段，受传播特性限 制，将重点满足特定场景的短距离大容量 需求，这些高频段也将在感知通信一体 化、人体域连接等场景发挥重要作用。

6G将进一步扩展网络覆盖的广度和深 度，实现全球无缝覆盖。卫星、无人机等非 地面设施能够实现更广覆盖，为轮船、飞 机、广域物联网及移动互联网终端提供通信及联网服务，但由于其覆盖范围极广，导致 其单位面积容量低，难以满足密集城区用户 的大容量需求。此外，与地面之间的距离 远，传输时延较长，也难以满足超低时延垂 直行业应用的需求。地面蜂窝移动通信的优 势在于其强大的计算能力、大数据存储能 力、高数据传输速率、低时延以及支持海量 连接，可有效满足人口密集地区的大容量网 络需求，但其覆盖范围受限。现有的地面蜂 窝网络仅覆盖地球表面的10%，在人口密度 低、回报价值低的偏远地区网络部署成本高 昂、性价比低，且易受地形和地质灾害影 响。因此，在未来6G网络中，卫星等非地 面通信将作为地面蜂窝网络的补充，推动形 成无缝全域覆盖的通信网络。未来空天地海一体化覆盖网络将由具备 不同功能、位于不同高度的卫星、高空平 台、近地通信平台以及陆地和海洋等多种网 络节点实现互联互通，相互取长补短、优势 互补，形成一个以地面蜂窝网络为基础，多 种非地面通信为重要补充的立体广域覆盖通 信网络，实现同一终端在地面、空中、海面 各个区域之间的无缝漫游，为各类用户提供 多样化的应用和服务。