6G关键技术研发竞争格局与应对策略.docx

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1、一、前言数字经济以数据为要素、网络为载体，丰富了经济发展的内涵，带来了经济的新增长；作为继农业经济、工业经济之后的一种新经济形态，成为全球经济增长的重要驱动力。我国高度重视数字经济的发展并将其上升到国家战略，2022年我国数字经济规模约为50.2万亿元,对国民经济的支撑引领作用进一步增强。随着数字经济迈入高质量发展阶段，以移动通信网络、数据中心、工业互联网等为代表的新型网络基础设施将发挥经济社会信息流通“主动脉的作用，支持智能连接、创新融合贯穿至生产生活的各个环节，充分释放数字对经济发展的促进作用。当前，第五代移动通信(5G)正在开启万物互联的新局面，我国建成了世界规模最大的5G网络并在设备研

2、制、网络优化等方面处于技术领先位置，实现了工业、农业、交通、物流、能源等领域数字化转型场景下的5G广泛应用。也要注意到，新型业务场景对通信网络提出了更多的特性诉求、更高的指标需求，在5G网络仍在持续演进的同时,有必要着眼未来数字经济社会的网络应用需求,适时规划新一代移动通信网络(即第六代移动通信，6G)的发展。实际上，2019年工业和信息化部推动成立了IMT-2030(6G)推进组，集聚网络运营商、设备商、高校和科研机构等“产学研力量，联合开展6G技术研发。目前.，全球6G研究仍处于探索阶段，仅初步形成了6G愿景目标、应用场景、基本指标等的设想及论证。数字经济的创新发展对6G技术演进提出了全新

3、要求，如更高的频谱效率、更低的时延、更大的容量、更高的可靠性、更智能的网络与终端，以匹配未来智能交通、物联网、增强现实、虚拟现实等场景的应用需求。在5G实现从移动互联到万物互联跨越的基础上，6G将实现从万物互联到万物智联的跃迁。6G和数字经济之间存在互促和依存的关系。一方面，数字中国建设依赖6G引领。与5G相比，6G带来的不仅是网络质量、传输能力的提升，更是感知通信、内生智能、“空天地一体化网络覆盖等的智能融合，将赋能工业、金融、医疗等行业的智能化转型，为数字经济发展变革提供前提条件。另一方面，数字经济发展、新业态涌现、生产方式升级也驱动6G朝着跨领域协同、“细智高精方向迈进。“人机物将共同主

4、导跨领域的协同生产，高精度、高可靠、高实时的通信需求驱动6G技术发展。从文献检索可见，已有6G研究重在探讨6G的愿景、挑战与机遇，实现更高速率、更低时延、更大规模连接的技术目标，可能对6G产生重要影响的关键技术（如太赫兹通信、人工智能（AI）、语义通信）。然而，围绕6G的通信、网络、安全等关键技术方向，梳理研发进展并研判发展竞争力，未见报道。针对于此，文章从无线通信、智能网络、信息安全3个维度出发，梳理6G关键技术的原理和发展现状，评估我国在这些关键技术方向上的国际竞争力，从而明晰6G关键技术研发竞争格局，精准提出我国发展应对策略。二、6G无线技术研发进展及竞争力研判6G无线技术是实现6G部署

5、应用的核心关键,相关研发工作已在快速推进,以无线Al技术、超大规模天线技术、太赫兹通信、智能反射面（IRS）、通信感知一体化（ISAe）等为重点方向。（一）无线Al技术6G作为新一代移动通信技术，将开启万物互联、深度融合的新阶段。与此同时，Al技术再次经历爆发式发展，正在赋能诸多行业。受到6G、Al发展热潮的驱动，无线通信与Al技术趋向深度融合并产生新技术一一无线Al,集中在Al赋能通信、通信赋能Al两个方面：前者指利用Al技术改进现有无线通信系统,使无线通信在深度上实现更高的速率、更低的时延、更广的连接，涉及无线通信的物理层（如信道估计）、链路层（如资源分配）、应用层及网络层（如网络热点内容

6、预测）；后者指利用无线通信网络传输Al服务和智能应用所需的数据，在粒度上实现网络级的泛在智能，又可细分为集中式学习、分布式学习。自2018年以来，越来越多的手机配置了专用的嵌入式神经网络处理器，为6G时代大范围应用无线Al技术提供了硬件层面的支持。为了规范Al模型的更新和相关数据的获取过程，在第三代合作伙伴计划（3GPP）中加入了网络数据分析功能，支持数据收集和分析；在RAN和SA工作组中分别设立了研究专项，开展数据采集与模型传输研究。这些工作也为无线Al的标准化确立了基础。随着Al技术的进一步成熟，Al产业具有了相当的规模。无线通信系统即将进入6G时代，将大幅提升面向Al的开放度和支持度。无

7、线通信系统的多个模块将被无线AI模块取代，已成必然趋势。在此背景下，无线Al技术拥有广阔的产业前景。（二）超大规模天线技术随着天线、芯片集成度的不断提高，在不增加尺寸和质量且功耗可控的前提下，天线阵列的规模将持续增大。超大规模天线是在大规模天线基础上的进一步演进。部署超大规模天线阵列，应用IRS.平面透射表面、纳米天线阵列等新材料/新结构，引入新的信号处理方法，将提供具有极高空间分辨率和处理增益的空间波束，提高网络的多用户复用能力和干扰抑制能力，获得更高的频谱效率和更高的能量效率。超大规模天线阵列（见图1）具有极高的空间分辨能力，能够实现三维精准定位、目标空间姿态信息获取，具备在三维空间内进行

8、波束调整的能力。图1超大规模天线技术应用示意图（三）太赫兹通信太赫兹波指频率位于O-I-IOTHz范围的电磁波，在整个电磁波谱中位于微波和红外波频段之间；具有超大带宽的频段资源可供利用，支持超高的通信速率。太赫兹通信即以太赫兹频段内的载波实现无线通信的技术，被视为实现6G太比特每秒通信速率的空口技术备选方案，有望应用到全息通信、微小尺寸通信、超大容量数据回传、短距超高速传输等高速通信场景。此外，基于太赫兹通信信号的超带宽特性，应用至网络和终端设备的高精度定位、高分辨率感知成像等，也是潜在的拓展方向。早在20年前，国际上就启动了太赫兹技术研窕。国内研究起步稍晚，但以高校和科研院所为代表，正在积极

9、开展相关工作，也以多种形式进行互通协作，共同推动太赫兹技术研发和产业化，目前整体接近世界先进水平。在太赫兹通信技术研究方面，国内外的重点还集中在核心技术、共性技术攻关上，而对实际应用场景、通信系统环境适应性等的考虑有所不足；与未来多样化通信场景需求相比仍有相当的差距，尚不能满足产业化和大规模部署的要求。因此，太赫兹通信技术研究还需着重关注并攻克实时性、空间复用、低功耗、远距离、工作环境等要素。（四）智能反射面IRS是近期发展的技术，支持实现6G无线通信系统智能且可重新配置的无线信道环境。通常，IRS是由大量无源反射元件组成的平面，每个反射元件都能独立地对入射信号产生可控的振幅以及相位变化（见图

10、2）；在无线网络中密集部署IRS并智能协调产生的反射，即可灵活地重新配置发射器和接收器之间的无线信道，以实现所需的分布。IRS为实质性解决无线信道衰减和干扰问题提供了一种新颖的手段，也能在一定程度上实现无线通信容量及可靠性的显著改进。反射机接收机图2IRS部署示意图近年来，国内在IRS方面开展了较大规模的研究，整体处于世界先进水平。2021年，我国主要的移动通信运营商分别针对3.5GHZ频段、2.6GHZ频段、毫米波频段完成了IRS技术的5G外场测试。IRS理论研究在多个细分方向也较为深入。也要注意到，在目前的研究中，IRS具有一定程度的自我反射及投射能力，但能力水平仍有较大提升空间；在超表面

11、材料方面，半导体工艺较液晶工艺更为成熟，但成本偏高；在智能控制方面，IRS只能被动接收信号而无法主动感知周边信道环境以及定位终端与用户位置，实时控制能力仍待增强。未来，需针对IRS基础理论、部署频段、硬件成本、组网架构、调控算法等开展深化研究。（五）通信感知一体化ISAC泛指在无线网络中将传感和通信功能整合为一体的设计，以提高稀缺频谱和无线基础设施的利用效率，进而通过传感辅助通信、通信辅助传感实现互利共赢。与传统的无线网络相比，ISAC可以利用无线基础设施以及有限的频谱、功率资源进行通信和传感，从而以较低的成本提高系统综合性能。ISAC概念首次出现在2018年“全球通信会议，依托较为成熟的基础

12、技术条件，已在工业界快速获得初步应用。我国的研究和应用机构积极跟进，将ISAC视为6G的重要技术方向之一，相应产业发展水平与国际主流同步。然而，ISAC尚处产业发展初期，在开启大规模商用之前还需要解决理论、技术、应用等方面的诸多挑战；在空口技术、组网架构、协同感知、硬件架构、原型系统、仿真评估、标准化方向也需开展持续研究。三、6G网络技术研发进展及竞争力研判6G网络技术是支持6G部署应用的重点内容，将深度融合通信、信息、大数据、AK控制等技术，成为构建物理世界与数字世界连接的中枢，支持开启万物感知、万物互联、万物智能的时代。（一）分布式网络技术6G网络将采用集中控制式与分布自治式融合、集散共存

13、的新型网络架构，以在大规模复杂组网环境下实现网络资源和网络能力的优化调度。分布式网络架构涉及多类技术，如去中心化的星际文件系统、支持快速查找及访问的分布式哈希表技术、分布式账本技术等。区块链技术凭借其去中心化、去信任化、不可篡改等技术特性,在5G发展阶段已有应用探索，即利用区块链思维增强网络拓展、网间协作、安全与隐私保护等能力。区块链技术是6G分布式网络的重要机制，但我国在这一领域的发展水平未能进入国际前列，也没有形成反映技术发展趋势的区块链3.0项目。在技术研窕上，国外更加关注基础架构层次的问题，如互操作性、可扩展性等，而国内更关注技术应用。未来，我国需要加强人才培养，改善技术研究和应用环境

14、，更均衡地发展全产业链。（二）“空天地一体化组网技术在6G时代，天基（高轨/中轨/低轨卫星）、空基（临近空间/高空/低空/飞行器）网络将与地基（蜂窝/移动热点/有线）网络深度融合，组成“空天地一体化网络，实现全域、全时段的网络覆盖。“空天地一体化网络不是天基、空基、地基网络的简单互联，而是在系统层面实现地面与非地面网络的全面一体化，在体制、协议、网路、业务、终端等层面实现深度融合（见图3）o非地面网络图3空天地”一体化网络体系结构卫星互联网是6G“空天地一体化的关键。发达国家布局较早，已全面开始星座建设，如星链工程的在轨卫星已超过5000颗，开始面向世界主要地区提供卫星互联网服务。2020年，

15、我国首次将卫星互联网纳入新型基础设施建设范畴，当前仍处于前期规划与试验阶段。卫星互联网产业链长、保障要求高，需要持续的技术创新、资源投入、发射保障。我国应增强产业链上游的研发制造水平、基础原材料的供应能力，提高下游用户端的应用开发水平，通过快速迭代以优化下游用户端解决方案。（三）内生智能网络技术机器学习、Al技术将在6G端到端网络的设计、部署、运营阶段中发挥决定性作用。内生智能在6G网络架构内部提供数据采集、数据预处理、模型训练、模型推理、模型评估等Al工作流的完整运行环境，将Al服务所需的算力、数据、算法、连接与网络功能、协议、流程进行深度融合，支持Al能力按需编排，为高水平网络自治、多样化

16、业务需求提供智能化基础能力。6G将构建开放融合的新型网络架构，不仅增强管道连接的性能，更要实现从传统的云Al向网络Al的转变。内生智能网络对内能够利用Al来优化网络性能、增强用户体验，对外能够为各行业用户提供实时Al服务。相比于美国6G研究组织在云原生技术和生态体系方面的进展，我国在内生智能以及云和6G融合方面的研究仍处于起步阶段。发达国家保持着整体发展优势，以高质量研发、高质量人才、Al芯片、投资融资环境等为基础优势。我国仅在超级计算机、Al应用、大数据等方面具有应用层面的优势。面向未来发展，产业界面临着网络智能化技术体系标准不统一、核心基础算法研究不足、训练数据不开放、必要的验证环境缺乏等迫切问题，需要着力破解。（四）算力网络技术算力网络以网络为中心，将计算、存储能力视为可调动的资源，强调算力资源的评估、交易和调度。在网络和计算深度融合的趋势下，网络演进需