從萬物互聯到萬物智聯

中國信息通信研究院 王志勤 杜 瀅

1 5G開啟萬物互聯

5G作為新一代信息通信技術領域的引領性技術，是賦能數字經濟的關鍵底座。我國5G商用兩年來，5G基站數量超過90萬個，5G終端連接數超3.3億，網絡規(guī)模和連接數均超過全球70%，5G在文旅、工業(yè)、醫(yī)療、交通等領域應用探索活躍。雖然我國5G在一些重點領域已實現0到1的突破，但要實現大規(guī)?？蓮椭疲€面臨許多挑戰(zhàn)。5G消費領域的應用需要更豐富的VR/AR、超高清視頻等加持。5G要為千行百業(yè)賦能、賦智和賦值，在加強與行業(yè)技術與知識結合的同時，也要增強5G技術產業(yè)能力。

5G技術的發(fā)展演進將提供更高的能力、不斷拓展新的應用。5G定義的三大應用場景，在5G技術標準中逐步定義和完善。國際標準組織3GPP在2018年6月發(fā)布了5G第一版本R15標準,重點定義了增強寬帶移動場景，2020年6月發(fā)布的R16版本完成了低時延高可靠場景，R17標準將在2022年6月完成，支持低功耗的中高速物聯網。3GPP將R18及其之后的5G增強技術命名為5G-Advanced，開啟了5G后半場技術新征程。

面向2030年人類社會將進入智能化時代。6G將服務于人、機、物，實現由萬物互聯到萬物智聯的躍遷。當前雖然國際電信聯盟ITU啟動了《6G技術趨勢及遠景研究》，但6G仍尚處于愿景階段，實質的標準化工作將在2025年之后啟動。

2 5G-Advanced演進為萬物互聯提供更強支撐

今年3GPP啟動了5G-Advanced(簡稱5G-A)階段R18標準的討論，產業(yè)界對5G演進方向形成了一定的共識，提出了一些潛在的技術?？傮w來看，5G將提供更強能力、更豐富場景，向著更加綠色、更加智能和更加安全的方向發(fā)展。

2.1 更強能力：增強用戶體驗、行業(yè)支撐能力

5G標準演進持續(xù)增強網絡性能，精細化滿足行業(yè)需求。在寬帶移動方面，通過多天線技術、靈活雙工、毫米波靈活組網等提升頻譜效率；基于5G的廣播多播業(yè)務，面向XR、云游戲等網絡容量和性能增強，提升業(yè)務能力。在面向垂直行業(yè)的精細化場景設計方面，針對更多垂直行業(yè)應用支持更多終端類型，如新物聯網終端、低功耗定位終端和近零功率終端等；提供更多低時延高可靠及大連接物聯網場景的增強，如與時間敏感網絡TSN更緊密的結合等。

1)增強提升用戶體驗

XR和云游戲業(yè)務：XR和云游戲業(yè)務要求至少30-100Mb/s數據速率、20ms端到端低時延、高至99.99%的可靠性，此外，XR和云游戲業(yè)務包含多個數據流，不同數據流的QoS要求不同，且多個業(yè)務流間需協(xié)同配合。這需要采用網絡編碼方案等提升數據速率；通過識別XR業(yè)務中多個數據流的端到端QoS機制，增強網絡對業(yè)務的感知；結合業(yè)務模型特點，優(yōu)化調度和鏈路自適應方案等。

觸覺和多模態(tài)通信服務：觸覺和多模態(tài)通信服務是通過視頻、音頻、環(huán)境感知、觸覺等影響用戶體驗的多種輸入，結合超低時延、超高可靠性和安全性等網絡能力，來實現真正的沉浸式用戶體驗。這一方面要求5G網絡需滿足不同數據流的不同網速、時延和可靠性需求，識別多形態(tài)業(yè)務的多數據流，另一方面，沉浸式業(yè)務需要更豐富的環(huán)境感知信息，這將觸發(fā)如何利用5G網絡實現感知能力的研究，實現5G通信和感知的融合，激發(fā)5G新業(yè)務活力。

2)加強行業(yè)支撐能力

高精度定位：5G大帶寬和大規(guī)模天線設計能提供更高精度的定位能力，實現亞米級高精度定位。對于通用的商業(yè)應用，實現1米的定位精度，對于垂直應用實現0.2米的定位精度。在5G低時延系統(tǒng)框架下，R17標準通過按需發(fā)送的定位導頻信號的方案，將定位時延從秒級降低到毫秒級。在5G-A中，有望通過聚合不連續(xù)帶寬，進一步提高定位精度；針對5G中高速物聯網終端，進一步優(yōu)化窄帶寬定位性能，實現低功耗定位能力；針對車聯網場景，研究基于終端直通鏈路的參考信號測量進行終端定位等。

無線上行容量增強等技術：智慧工廠、視頻監(jiān)控、高清視頻等應用，對上行數據傳輸要求高，但網絡的天線配置、TDD時隙配置多側重于下行，5G-A將在上行引入更高調制能力，上行數據解調參考信號的增強，更靈活的載波分配和配置等。此外，在5G框架下引入一些新技術，如在一定條件下引入全雙工技術，提高系統(tǒng)容量。增強毫米波覆蓋、毫米波波束管理等方向。

2.2 更豐富場景：天地一體綜合解決方案

隨著5G的規(guī)模部署，探索新的5G應用場景，可服務于更多業(yè)務和行業(yè)。

非地面通信：衛(wèi)星通信與5G網絡融合是構建海陸空天地一體化綜合通信網的解決方案。為支持更廣泛覆蓋、更密集的設備連接、更多樣的服務類型，從衛(wèi)星用透傳方式轉發(fā)5G網絡信號的通信方式，將逐步研究支持衛(wèi)星非透明傳輸的場景，在衛(wèi)星上做部分或全部的基站協(xié)議處理等。

無人機通信：研究解決成群的無人機在網絡中通信的路徑管理、干擾管理等問題，拓展無人機的應用模式，滿足業(yè)務的可靠性、時延特性、安全性等多樣化需求。感知探測、無人機身份和場景識別、移動性管理、功率控制等技術的應用和優(yōu)化有望促進無人機的發(fā)展。

終端直通鏈路：終端與終端之間的直通鏈路通信在車聯網開始應用，為增強直通鏈路的傳輸速率、可靠性、定位精度、通信距離等，多跳中繼、載波聚合、免授權、高頻通信等成為演進方向。

2.3 更加綠色：智能化、新模式降低能耗

當前5G發(fā)展中能耗問題凸顯，5G技術標準一直努力降低5G能耗，包含網絡側節(jié)能和終端側節(jié)能。

1)網絡節(jié)能。移動通信網絡的功耗主要來自于基站，特別是基站的有源天線單元AAU，由于5G基站更高頻點、百兆帶寬、大規(guī)模天線配置，其功耗高于4G基站。網絡節(jié)能將研究更靈活和動態(tài)的網絡節(jié)能方案，如在無數據傳輸時，進一步延長常駐信號的發(fā)送周期，或優(yōu)化常駐信號設計；在低數據負載時，關閉一些射頻鏈路，并考慮利用人工智能的預測能力，實現智能的網絡節(jié)能。

2)近零功耗終端。近零功耗(Almost Zero Power，AZP)在物聯網應用場景下成為熱點。采用近零功率設計，在待機條件下終端依賴少量能量只偵聽喚醒信號，在需要工作時才喚醒主要通信模塊。

2.4 更加智能：5G與人工智能融合

與人工智能(AI)技術的融合是5G重要演進方向。從理論上看，利用AI技術，可以在無線通信傳統(tǒng)的時域、頻域和空域維度外，開啟一個智能維度。通過對大數據、算力和AI技術等基本因素的合理利用，進一步提升5G系統(tǒng)性能。5G與AI結合是利用人工智能技術增強無線側和網絡側功能和性能，網絡也能夠更高效地支持人工智能的應用。

5G與AI融合逐步從網絡采用AI技術發(fā)展到無線接口。網絡架構、網絡管理及基于AI的邊緣計算、網絡切片等是當前研究熱點?；贏I的物理層增強成為R18的重點研究方向。采用AI技術，多項物理層基礎技術有望得到性能提升，比較典型的有基于AI的信道信息反饋，基于AI的參考信號解調、信道預測、波束管理等。5G與AI結合中相關用例的數據集、算法、模型、仿真驗證方法研究還需要探索與積累。

2.5 更加安全：構建內生安全體系架構

移動通信網絡正進一步朝著“全維、全域”發(fā)展，網絡的智能化、邊緣化、開放化助力數字世界與物理世界深度融合。隨著網絡邊界模糊化、業(yè)務復雜化加劇，為了適應新業(yè)務、新架構、新技術及安全形勢的變化，5G-A網絡安全將打破傳統(tǒng)的分立、靜態(tài)、外掛式的安全機制，向著“自驅動、自適應、自演進”的智能防御體系和彈性內生安全架構演進。網絡在確保提供高可靠通信能力、高可用服務能力的同時，還將提供可擴展架構、差異化安全能力、安全彈性伸縮、動態(tài)部署與配置等高可信安全能力，實現通信、服務、安全一體化共生演進與全面發(fā)展。

提供更高的安全能力主要有以下三個方案。一是安全可信增強。異構融合網絡的集中式、去中心化和第三方信任模式(如零信任安全)并存的多模信任架構將從根源上解決當前中心化網絡架構面臨的安全可信問題，增強安全可信基礎。二是網絡韌性提升?；诖髷祿治黾夹g和深度學習算法模型對網絡數據、業(yè)務數據、用戶數據等多維數據感知學習，根據用戶和垂直應用的安全需求實現動態(tài)編排、彈性部署等安全能力，大大提升網絡效能、靈活性和安全韌性。三是協(xié)同防御加強。通過建立端、邊、網、云智能主體間的泛在交互和協(xié)同機制，準確感知網絡安全態(tài)勢并預測潛在風險，助力安全策略最優(yōu)集自適應生成與執(zhí)行，實現主動縱深安全防御和安全風險自動處置，強化跨網絡、跨層、跨邊界的協(xié)作式安全防護能力。

3 6G將助力人類實現萬物智聯

隨著5G的商用，全球開啟了下一代移動通信(6G)的探索研究。面向2030年及未來，人類社會將進入智能化時代，社會服務均衡化、高端化，社會治理科學化、精準化，社會發(fā)展綠色化、節(jié)能化將成為未來社會的發(fā)展趨勢。6G在5G基礎上，將從服務于人、人與物，進一步拓展到支撐智能體的高效互聯，將實現由萬物互聯到萬物智聯的躍遷，成為聯接真實物理世界與虛擬數字世界的紐帶，將持續(xù)提升人們的生活品質，促進社會生產方式的轉型升級，并且為人類社會可持續(xù)發(fā)展的終極目標做出貢獻，最終將助力人類社會實現“萬物智聯、數字孿生”的美好愿景。

我國IMT-2030(6G)推進組在6月份正式發(fā)布《6G總體愿景與潛在關鍵技術》白皮書，提出了業(yè)界廣泛關注的6G十大潛在關鍵技術方向，包括了內生智能的新空口和新型網絡架構，增強型無線空口技術、新物理維度無線傳輸技術、新型頻譜使用技術、通信感知一體化技術等新型無線技術，分布式網絡架構、算力感知網絡、確定性網絡、星地一體融合組網、網絡內生安全等新型網絡技術。這些技術方向與當前5G-A演進的方向比較一致，例如內生智能、通信感知融合、內生安全等。6G將致力于在全新的技術架構體系實現新理念，而5G-A技術將在5G基礎架構下進行增強。盡早在5G-A階段引入這些新技術研究與應用，將提升5G的性能、拓展應用范圍，也為6G的發(fā)展奠定堅實的基礎。

5G的成功商用是6G發(fā)展的前提。希望5G-A技術不斷創(chuàng)新演進，加快萬物互聯向萬物智聯的發(fā)展，成為我國數字經濟繁榮發(fā)展的強勁動力。