中国信通院杜刘通等:全球 6G 技术产业发展态势

当前,以移动通信技术为代表的信息通信技术蓬勃发展,已成为加速数字经济与实体经济融合的重要推动力,在推动全球经济社会发展、产业结构变革和技术迭代创新方面持续发挥关键作用。纵观全球,5G已进入规模化商用阶段。据全球移动供应商协会统计,截至2023年5月,全球已有99 个国家和地区的254 家运营商推出了商用5G网络服务[1]。我国已建成规模较大、技术较先进的5G网络。与此同时,随着移动通信技术的持续演进,6G逐渐成为全球科技创新的重点领域。本文将从国际标准研究进展、全球发展态势、国内相关研究工作三个角度梳理全球6G发展现状,提出推动6G发展建议,为开展6G研究提供有益参考。

按照移动通信技术“十年一代”的发展规律,6G最早将于2030年进入商用阶段。2022年3月,国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)正式启动6G研究,明确了6G国际标准工作计划。2022年6月,ITU发布了面向2030及未来国际移动通信(International Mobile Telecommunications,IMT)技术趋势的报告[2],其中指出,未来移动通信的关键使能技术将包括增强型无线空口技术(如超大规模天线、新型调制编码技术与多址接入技术等)、感知与通信融合、人工智能与通信融合、新维度无线通信(如智能超表面等)、高频段(如太赫兹等)通信以及新型无线网络架构等,6G总体技术框架逐步形成。2023年6月12日至22日,ITU完成《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》(简称《建议书》)[3],明确了6G发展目标、典型场景、能力指标等内容,对后续6G技术和标准研究有重要指导作用[4]。

在发展目标方面,6G将推动实现包容性、泛在连接、可持续性、创新、安全性/隐私性/韧性、标准化和互操作、互通性七大目标,成为更好连接物理世界和虚拟世界、承载新用户、赋能新应用的新型数字基础设施;在典型场景方面,6G将在5G三大典型场景的基础上持续增强和扩展,包含沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、人工智能与通信融合、感知与通信融合、泛在连接六大场景;在性能指标方面,《建议书》明确了6G的15 个关键能力指标,除传统移动通信的峰值速率、体验速率、频谱效率、区域流量密度、连接密度、覆盖、移动性、时延、可靠性等指标外,6G还将在安全性/隐私/韧性、定位、感知、智能、可持续发展、互操作等维度新增性能指标。

笔者根据移动通信国际标准制定的经验发现,ITU作为国际移动通信标准的评估及认定机构,将在2024—2026年进一步细化和完善6G性能指标要求,制定相应评估方法;2027年将针对制定的指标开展候选技术方案征集,预计在2029年完成6G基础版本标准,2030年左右启动6G商用部署。作为目前影响力较大的移动通信国际标准制定组织,第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project,3GPP)在2022年6月宣布正式冻结5G移动通信国际标准Release 17,并正式启动了Release 18版5G国际标准研制工作,5G标准制定进入5G增强(5G-Advanced,5G-A)发展阶段,感知与通信融合、人工智能与通信融合的部分功能将在此阶段逐步实现,为后续6G标准制定奠定有力基础。根据3GPP已公布的标准制定计划,最早将于2025年启动6G有关国际标准研制工作,并预计2029年左右完成6G国际标准基础版本。

2.1 美国

美国在产业组织和政府等层面积极推动6G研发合作。在产业组织层面,美国由电信行业解决方案联盟(Alliance for Telecommunications Industry Solutions,ATIS)牵头成立了Next G联盟,旨在加强6G技术、网络、应用等领域的合作。除传统通信设备商及运营商外,还积极吸纳微软、谷歌、英特尔等信息技术领域软/硬件企业,实现从6G研发、测试到商用的全流程合作。2022年8月11日,ATIS与欧洲6G智慧网络和业务产业协会(6G Smart Networks and Services Industry Association,6G-IA)签署了一份6G合作谅解备忘录。双方将在6G通信系统和网络领域强化交流合作,开展6G研讨会、试验等多项活动,并计划共同推动全球6G统一标准的相关合作。2021年12月,Next G联盟和韩国5G论坛宣布签署谅解备忘录,共同促进下一代移动通信方面的合作。在政府层面,2021年12月,美国通过《未来网络法案》,要求美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission,FCC)建立6G工作组,6G工作组由政府、通信设备商、运营商等组成,负责向美国国会提交与6G国际标准、建设部署、产业链、供应链等相关的报告。2022年1月,FCC成立了技术咨询委员会(Technical Advisory Council,TAC),领导人工智能和6G等技术的研究,重点关注新型频谱共享和新型无线通信等技术。2023年4月,美国政府召集学术界、工业界、社会组织、政府部门、参众两院等代表在白宫召开6G研讨会,并以美国国家安全委员会(National Security Council,NSC)名义发布关于6G设计原则的报告,在技术可信及国家安全、开放及互操作、安全及隐私保护、成本可控及可持续发展、频率及制造、标准及国际合作6个方面阐述了对6G设计原则的考虑,强调6G应建立在与美国及其盟友价值观相符的技术标准之上。2023年5月,Next G联盟发布“6G——创新和投资的下一个前沿”倡议书(简称“倡议书”),指出6G作为下一代移动通信技术将定义2030年以后的国际经济格局。倡议书认为,当前是强化政府、行业和学术界合作以保持美国未来领先优势的关键时刻,呼吁国会和政府充分资助已有的6G法案,并启动6G立法新进程,强化美国在无线技术创新领域的领导者地位。2023年6月,美国和英国联合发布《二十一世纪美英经济伙伴关系大西洋宣言》,宣布将在6G等关键和新兴技术领域加强合作,包括共同制定愿景,深化在5G及6G解决方案领域的技术创新合作,推进联合研发项目。

2.2 欧盟

欧盟设立6G相关研发项目,加大资金投入,积极推进6G研发。2017年,欧盟便启动了包括纠错码、信道编码、调制技术在内的6G基础技术研究项目。2018年,芬兰国家技术研究中心联合奥卢大学、诺基亚公司等实施为期8年的6G旗舰项目,计划总投资2.9 亿美元,研究内容为包含6G愿景、挑战、应用和技术方案在内的完整6G生态系统[5]。2020年,欧盟推出了2021—2027年的科研资助框架“欧洲地平线”,开展包括下一代移动通信网络在内的六大关键技术研究,并于2021年1月正式启动6G旗舰项目Hexa-X,该项目为期两年半,项目整体由诺基亚负责,爱立信为技术负责单位,此外西门子、英特尔、法国电信Orange、芬兰阿尔托大学等在内的多家设备商、运营商及科研机构也参与其中。Hexa-X项目包括智能连接、多网聚合、可持续性、全球服务覆盖、极致体验和安全性六大研究方向。2021年2月,欧盟通过立法提案,由欧盟联合私营企业资助设立“智能网络和服务联合伙伴”(Smart Network and Services Joint Undertaking,SNS-JU)项目,用于构建服务全欧洲的6G试验性基础设施。目前,该计划已分别于2022年10月和2023年1月启动了两批次项目。此外,欧盟成立了6G-IA作为欧洲下一代移动通信网络与业务研究的重要平台,6G-IA在5G基础设施公私合作伙伴关系(5G Infrastructure Public Private Partnership,5G-PPP)和SNS-JU中代表私营企业,欧盟则代表公共部门。6G-IA汇聚了欧洲运营商、制造商、研究机构、垂直行业等多方参与者,组织开展面向超五代移动通信(Beyond 5G,B5G)及6G的技术研发、试验验证、标准研制、频谱规划等研究。

2.3 日本

日本政府通过推出相关政策和设立研究项目,立足产业优势推动6G发展。2020年6月,日本总务省发布《Beyond 5G推进战略》,明确6G发展目标及研究开发、知识产权和标准化推进战略。2020年底,成立B5G推进联盟以实现B5G标准和知识产权战略及进一步增强日本在B5G领域的国际竞争力。2021年10月,日本政府宣布拟放宽6G频段试验牌照,简化申请手续,缩短审批时间,并进一步放宽试验频段范围,提升日本本土制造商国际竞争力。2023年3月,日本总务省宣布在情报通信研究机构(National Institute of Information and Communications Technology,NICT)设立信息通信研究开发基金,用于实施创新信息通信技术(Beyond 5G(6G))基金项目。该基金以成功开发下一代信息通信基础设施、实现30%国际市场份额为目标,重点支持以下三类项目:一是对于具有技术优势、有明确海外扩张战略及计划并且技术相对成熟(即在假设场景下已开发出初步原型样机用于性能测试)的研发项目,基金最多可支持此类项目一半的总研发成本,即每个项目每年可获数十亿日元(原则上不超过100 亿日元)资金支持;二是对于处在研发早期阶段(即技术处在概念形成及应用探索阶段),需较长时间才能落地的项目,每年可支持1 亿日元(原则上不超过10 亿日元);三是对于提升无线电频谱效率的研发项目,每年资助资金则取决于项目规模[6]。

2.4 韩国

韩国以实现全球最早6G商用为目标,强化政府引导和产业带动模式加速6G创新。韩国政府成立了由科学和信息通信技术部、运营商、设备企业、研究机构等组成的6G研发战略委员会,该委员会将负责制定韩国6G相关研究项目,定期组织召开研讨会以评估审查现有6G研发战略中各子项计划的进度,以及基于实际情况调整后续策略。2021年6月,韩国科学和信息通信技术部宣布将于2025年前投入2 200 亿韩元(约合人民币12.6 亿元)用于加强韩国在未来的技术竞争力,研究领域包括研发6G关键技术、研制国际标准、夯实产业基础三大战略领域[7]。2022年11月,韩国宣布设立面向6G服务应用的商业化研究项目,计划于2026年进行6G技术的早期商业化展示,并于2027年启动6G早期商用网络部署。2023年2月,韩国发布“K-Network 2030”战略,将原计划2026年启动的6G商业化项目提前至2024年,并投入6 253 亿韩元用于技术研发、产业基础、人才培养等方面,推动韩国6G商用从2030年提前到2028年[8]。

我国前瞻启动6G研究,在政策文件、技术研究、标准推进、技术试验等多方面采取有力举措,扎实推动6G发展。在政策文件方面,2021年3月至12月,我国先后发布了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》《“十四五”信息通信行业发展规划》《“十四五”数字经济发展规划》《“十四五”国家信息化规划》[9-11],提出要“前瞻布局6G网络技术储备”“开展6G基础理论及关键技术研发,构建6G愿景、典型应用场景和关键能力指标体系,鼓励企业深入开展6G潜在技术研究”“积极参与6G标准研究,形成一批6G核心研究成果”“前瞻布局第六代移动通信(6G)网络技术储备,加大6G技术研发支持力度,积极参与推动6G国际标准化工作”“加强新型网络基础架构和6G研究,加快地面无线与卫星通信融合、太赫兹通信等关键技术研发”。

2019年6月,我国工业和信息化部会同国家发展和改革委员会、科学技术部指导产业界成立了IMT-2030(6G)推进组(简称“6G推进组”),作为我国推进6G发展的主要产业平台,联合产、学、研、用各方力量在6G愿景需求、技术研发、试验验证、国际合作等方面持续推动6G发展。在愿景需求研究方面,6G推进组先后发布《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》等[12-13],提出6G总体愿景、典型场景、关键能力指标,展现产业界对6G发展目标如何发展的阶段性思考,凝聚业界关于6G发展的广泛共识。ITU于2023年6月召开第44次会议,完成《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》,我国提出的5 类典型场景和14 项关键能力指标等核心研究成果成功纳入其中[2]。技术研究方面,6G推进组联合产业界开展系统整体架构、新型无线技术、新型网络技术等6G潜在关键技术研究,持续发布系列研究报告,有力推动形成6G创新发展共识。2022年8月,6G推进组启动6G技术试验,针对太赫兹通信、通信感知一体化、智能超表面3项无线关键技术和算力网络、分布式自治网络2 项网络关键技术开展测试。2022年11月,启动面向6G的关键技术全球征集,针对技术跨域融合发展趋势带来的6G技术创新难度大、更新速度快等挑战,面向全球高等院校、科研院所、科技企业、推进组织等开展6G潜在关键技术征集。同时,积极参与ITU相关研讨会,输出我国6G研究成果,支撑ITU完成面向2030及未来IMT技术趋势的报告,推动我国技术研究纳入6G总体框架,助力全球6G技术产业发展。在国际交流合作方面,6G推进组已与欧洲6G-IA和韩国5G论坛等产业组织签署了合作意向,在6G愿景需求、技术研究等领域开展合作,共同发布研究成果。2022年6月,6G推进组与6G-IA签署6G合作备忘录。2023年5月,6G推进组与6G-IA共同举办线上6G主题研讨会,双方代表就6G愿景需求、技术趋势等热点议题进行了深入交流。

当前,移动通信产业发展如火如荼,有助于全球经济和社会可持续发展。未来,可以从以下几方面加强技术研究和产业研发。

一是立足5G基础推动6G发展。移动通信产业发展代际演进明显,6G的发展离不开5G的坚实基础。当前正处在5G规模应用和5G-A标准制定的关键时期,一方面,要进一步凝聚产业力量,特别是垂直行业的力量,深挖产业需求,加快推动5G在生产生活关键领域的深入融合应用;另一方面,要继续强化5G-A关键技术研究和标准推进,持续打造良好产业生态,为6G发展筑牢基础。

二是强化6G潜在关键技术研究。产业代际演进的核心动力是关键技术的突破,面临跨域融合的技术发展趋势。要积极发挥产业推进平台作用,持续开展面向6G的关键技术征集活动,汇聚产、学、研、用各方面力量,从基础技术、原创技术、应用技术等多个角度推动6G理论创新和工程实现取得突破;同时,要注重发挥技术试验承担“研”与“产”之间桥梁的作用,用好横向对比和纵向突破,推动技术不断迭代成熟,加速技术产业化。

三是深化国际交流合作。历经数十年发展,移动通信的蓬勃健康发展离不开全球产业界的共同努力。要不断深化6G技术、标准、市场等领域交流合作与协同创新。一方面鼓励与国际产业组织、科研院所等共同开展6G研究项目,互相参与试验验证,积极参与ITU、3GPP等国际标准化组织的技术和标准化交流活动,深化全球6G创新共识;另一方面积极召开全球6G发展大会等活动,邀请国内外专家分享最新研究成果,推动技术研究和产业发展不断取得更广泛共识。

杜刘通

中国信息通信研究院移动通信创新中心工程师,博士,主要从事5G、6G技术产业研究等方面的研究工作。

徐晓燕

通信作者。中国信息通信研究院移动通信创新中心高级工程师,博士,主要从事面向6G的技术预研、ITU相关标准化活动等方面的研究工作。

杜滢

中国信息通信研究院移动通信创新中心副主任,教授级高级工程师,主要从事无线移动通信技术和标准等方面的研究工作。

魏克军

中国信息通信研究院移动通信创新中心副总工程师,教授级高级工程师,主要从事无线移动通信技术等方面的研究工作。

金弯弯

中国人民大学经济学院本科生在读,主要从事信息通信行业产业经济政策等方面的研究工作。