美國、歐盟、中國6G主要研發(fā)行動對比研究

苑朋彬，丁樹芹，吳 思

（1.中國科學技術信息研究所，北京 100038；2.北京大學醫(yī)學部，北京 100191）

6G即第六代移動通信系統，是繼5G后的下一代移動通信技術。相對于5G技術，6G技術在連接速率、密度、時延、頻譜效率、能量效率等多個性能指標方面均有很大的提升。隨著2021年5G商用進入快車道，面向2030的6G技術已經成為全球競爭焦點和研發(fā)熱點。

以美國、歐盟等為代表的國家和地區(qū)分別啟動6G相關研發(fā)計劃，制定相關研發(fā)行動，部署相關研究工作，如美國電信產業(yè)解決方案聯盟（ATIS）成立Next G聯盟，促進6G技術研發(fā)、標準化和市場化；歐盟建立智能網絡服務合作關系（SNS），實施6G研究和創(chuàng)新計劃。中國高度重視6G技術的發(fā)展，2021年在《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年（2021—2025年）規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》的《加快建設新型基礎設施》一節(jié)中提到要前瞻布局6G網絡技術儲備[1]。

美國、歐盟、中國是世界前三大經濟體，梳理近3年美國和歐盟6G技術的主要研發(fā)行動，總結經驗和做法，進而結合中國實踐，可為面向2030年的6G技術發(fā)展提供決策支持。

1 6G技術介紹

6G將引入新的愿景、性能指標、關鍵技術和應用場景，滿足多種網絡接入方式和實現空天海地一體化覆蓋范圍，實現關鍵性能指標的優(yōu)化和相關技術創(chuàng)新。（1）6G網絡將實現泛在、智能連接愿景，實現空天地海一體化網絡的泛在無縫連接，實現多通信感知計算一體化智能連接等[2]。（2）6G技術在連接速率（用戶體驗速率提升到5G 網絡的10倍以上）、密度（連接密度提升至5G網絡的10倍）、時延（時延縮短近90%）、頻譜效率（比5G時代提高3到5倍）、能量效率（提高至5G網絡的100倍以上）等多個性能指標方面均有很大的提升。（3）6G關鍵使能技術可分為無線空口使能技術、網絡使能技術、新物理維度使能技術等多方面[3]。（4）6G可應用于擴展現實（XR）、數字孿生、智慧車聯網、工業(yè)物聯網等多應用場景[4]。

2 6G研發(fā)進度安排

聯合國主管信息通信技術事務的專門機構國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）和電信標準組織第三代合作伙伴項目（3GPP）針對6G研發(fā)均做出了一定的計劃安排：

（1）2020年2月，國際電信聯盟在瑞士日內瓦召開的第34次國際電信聯盟工作組會議上，正式啟動面向2030年及未來的研究工作。此次會議明確了截止到2023年底的國際電信聯盟6G早期研究的時間表，具體包括完成技術趨勢研究報告（2020年6月）、未來技術愿景建議書（2023年6月）等計劃安排[5]。同時，國際電信聯盟早在2019年的世界移動通信大會（WRC-2019）上，就已經部署下一步工作安排，計劃在2023年底的世界無線電通信大會（WRC-2023）上正式討論6G頻譜需求，并在2027年底完成6G頻譜分配。

（2）第三代合作伙伴項目計劃于2023年開啟對于6G的研究，并將在2025年下半年開始對6G技術進行標準化，2028年下半年將有6G設備產品面世，到2030年將凍結R23標準版本[6]。

全球6G技術競爭已經拉開帷幕，盡管當前美國、歐盟和中國還沒有制定出詳細的6G發(fā)展路線圖，但就6G商用化進程而言，全球基本已經達成初步共識，即在2030年左右實現商用。

3 6G主要研發(fā)行動

3.1 美國主要6G研發(fā)行動

3.1.1 美國電信產業(yè)解決方案聯盟成立Next G聯盟，推進6G技術研發(fā)、標準化和市場化

2020年10月，美國電信產業(yè)解決方案聯盟成立Next G聯盟（又稱6G聯盟），Next G聯盟由產業(yè)界（蘋果公司、AT&T公司等）和學術界（哥倫比亞大學數據科學研究所、北卡羅來納大學等）共60個機構組成，聯盟工作內容涵蓋技術研發(fā)、標準化和市場化等全過程。該聯盟旨在通過私人部門產業(yè)聯盟的力量，在未來10年內提升北美無線技術的領導地位。

Next G聯盟主要開展以下工作：（1）制定6G發(fā)展技術路線圖，確保北美在全球6G方面的領先位置。（2）確定優(yōu)先發(fā)展事項，影響政府資金使用和促進政府行動。（3）制定戰(zhàn)略和實施計劃，促進6G技術快速市場化[7]。

3.1.2 政府與產業(yè)界聯合啟動彈性和智能下一代系統（RINGS）計劃，資助學術界開展基礎性項目研究

2021年6月，美國國家科學基金會、商務部、國防部與產業(yè)界（蘋果、愛立信、谷歌、IBM、英特爾、微軟、諾基亞、高通公司、VMware等9家企業(yè)）共同發(fā)起彈性和智能下一代系統計劃，該計劃旨在增強6G、衛(wèi)星網絡、未來版本WiFi的彈性和可擴展性，加速下一代無線移動通信、網絡、傳感和計算系統等領域的基礎研究。

彈性和智能下一代系統計劃由政府和產業(yè)界共同投資4 000萬美元，計劃資助數量約36～48項，項目周期3年，重點資助學術界基礎性研究項目，資助研究方向為：（1）彈性網絡系統，具體涉及網絡安全保護方法、智能網絡架構以及網絡管理方法、無人工干預的自治網絡等方向。（2）網絡使能研究，具體涉及射頻、信號電路、天線和組件的創(chuàng)新性設計、新型頻譜管理方法、設備-邊緣-云連續(xù)體的可擴展性等方向[8]。

3.2 歐盟主要6G研發(fā)行動

3.2.1 歐盟委員會建立智能網絡服務合作關系，實施6G研究和創(chuàng)新計劃

2021年3月歐盟委員會與歐洲5G基礎設施協會（5GIA）建立智能網絡服務（Smart Network Service，SNS）合作關系，旨在確保歐洲在開發(fā)和部署5G、6G網絡技術和服務方面的領先地位。

智能網絡服務合作關系獲得了2021—2027年預算期內歐盟研發(fā)框架計劃“地平線歐洲計劃”和產業(yè)界共計18億歐元的共同投資（歐盟和產業(yè)界各出資9億歐元），用于開展以下工作：（1）通過實施相關的研究和創(chuàng)新計劃，在2025年左右完成6G框架研究和技術標準化，為 6G 早期市場化做好準備，確保歐洲掌握6G技術主導權。（2）促進歐洲5G部署，實現經濟和社會的數字化和綠色化轉型[9]。

3.2.2 產業(yè)界和學術界聯合啟動Hexa-X項目，開展6G系統架構研究

2021年1月，歐洲產業(yè)界（諾基亞、愛立信等）、學術界（奧盧大學、比薩大學等）共25個機構共同發(fā)起6G研究旗艦項目Hexa-X項目，項目周期3年，旨在通過研究6G系統使能架構，打通物理世界、數字世界和人類世界。

Hexa-X項目與其他8個6G應用研究項目獲得了歐盟研發(fā)框架計劃“歐盟地平線 2020 研究和創(chuàng)新計劃”共計6 000萬歐元的投資。Hexa-X項目主要開展以下幾方面基礎研究：（1）基于高頻、高分辨率定位傳感的全新無線電研究，具體涉及關鍵使能技術評估、無線電技術發(fā)展路線圖、硬件波形設計與定位傳感新方法等。（2）人工智能驅動的空口設計和網絡管理研究，具體涉及人工智能技術對空口設計和網絡管理方面的影響評估、人工智能驅動的空口設計和網絡管理新方法和算法等。（3）基于網絡分解和動態(tài)可靠性的6G網絡使能研究，具體涉及智能、靈活、高效的新型網絡架構設計，極端環(huán)境下提升網絡性能的新方法等方向。其他8個應用研究項目針對智能連接場景開展研究，研究方向分別為智能無線通信、智能邊緣計算平臺、智能網絡、智能連接平臺、智能資源管理、智能無線連接技術、智能連接環(huán)境、新型軟件定義網絡控制器等方面[10]。

3.3 中國主要6G研發(fā)行動

3.3.1 政府部門成立IMT-2030（6G）推進組，推動6G技術研發(fā)工作部署

中國政府部門從2019年開始進行6G戰(zhàn)略部署，工業(yè)和信息化部聯合科學技術部、發(fā)展和改革委員會等部門成立IMT-2030推進組，推進6G研發(fā)工作實施。此外科學技術部牽頭聯合發(fā)展和改革委員會、教育部等部委成立國家6G技術研發(fā)推進工作組（政府部門聯合組成）和總體專家組（學術界和產業(yè)界專家代表組成）。

IMT-2030推進組將重點開展以下三方面工作：（1）明確6G愿景需求和業(yè)務應用場景。在5G技術成功商用的基礎上，進一步提升性能。（2）開展6G關鍵技術研究。聚焦6G關鍵核心技術，在芯片、新材料等方面支撐產業(yè)發(fā)展。（3）加強全球合作。加強全球范圍內6G推進組織、企業(yè)、高?？蒲性核g的交流合作，推動形成全球統一的6G標準[11]。

3.3.2 科學技術部制定國家重點研發(fā)計劃，重點支持6G技術前期基礎研究

2021年5月，科學技術部制定國家重點研發(fā)計劃 “多模態(tài)網絡與通信”重點專項項目，項目周期不超過4年。該項目目標之一是鞏固中國在移動通信領域的領先優(yōu)勢。開展5G 演進及6G 技術的前期研究，開展天地一體化技術的先導研究，使中國成為6G 技術、系統和標準的全球引領者。

該項目圍繞多模態(tài)網絡、新一代無線通信、超寬帶光通信3 個技術方向，擬啟動10 項任務，政府出資2.64 億元（其中共性技術類項目配套經費與國撥經費比例不低于1∶1）。其中6G方向啟動兩項重點任務：（1）6G 通信-感知-計算融合網絡架構及關鍵技術，具體涉及融合網絡架構、融合技術、多維信息感知和數據處理機制、干擾管理技術、資源管理、實時/智能/綠色的算力網絡技術等。（2）6G 超低時延超高可靠大規(guī)模無線傳輸技術，具體涉及無線傳輸理論研究、信道容量表征、跨域協調及適配技術、多域資源的協同和調度技術、接入與多連接技術、無線空口技術[12]。

4 6G研發(fā)行動特點對比

總體來看，美國、歐盟、中國均已成立研發(fā)推進組織，制定研發(fā)項目，共同推進6G技術研發(fā)，在研發(fā)行動主導、研發(fā)資助模式、研發(fā)內容等方面均形成了一定的特點。

研發(fā)行動關鍵推動者方面，政府主導，產業(yè)界、學術界積極參與是當前技術研發(fā)的主要模式。中國政府成立6G研發(fā)推進組，并整合學術界和產業(yè)界力量成立總體專家組；歐盟委員會與歐洲5G基礎設施協會（該協會包括產業(yè)界和學術界）建立智能網絡服務合作關系，其中政府在研發(fā)計劃中起主導型作用，并且積極調動學術界和產業(yè)界力量，參與相關工作。值得注意的是，目前美國6G研發(fā)行動主要以私營部門為主導，私營部門電信產業(yè)解決方案聯盟成立Next G聯盟，整合產業(yè)界和學術界力量提升北美在全球無線領域的影響力。

研發(fā)資助方面，政府與產業(yè)界共同出資是當前技術研發(fā)資助的主要模式。中國政府制定重點研發(fā)計劃，明確提出配套經費和國撥經費比例不低于1∶1；美國政府和產業(yè)界聯合啟動彈性和智能下一代系統計劃，共同投資4 000萬美元（雙方等額出資）；歐盟成立合作伙伴關系，歐盟政府和產業(yè)界共同出資18億歐元（雙方等額出資）。在出資模式上，上述國家均注重政府與社會資本相結合，共同為6G技術發(fā)展提供研發(fā)支持。

研發(fā)內容方面，網絡系統和無線傳輸系統是當前技術研發(fā)的主要內容。中國啟動網絡架構及關鍵技術、無線傳輸技術方向重點專項研究；美國彈性和智能下一代系統計劃啟動彈性網絡、網絡使能技術方向研究；歐盟Hexa-X項目啟動全新無線電、人工智能驅動無線空口和網絡管理、網絡使能技術方向研究。上述研究均注重網絡系統和無線傳輸系統方面研究，并強調人工智能在未來6G技術中的應用。

5 6G研發(fā)行動啟示

本文通過梳理美國、歐盟和中國近3年的6G主要研發(fā)行動，從研發(fā)行動主導方面、研發(fā)資助方面、研發(fā)內容方面，多角度對比研發(fā)行動特點，總結經驗和做法。針對當前現狀，得到以下三點啟示。

要加強戰(zhàn)略頂層設計，制定詳細的6G發(fā)展路線圖。6G技術發(fā)展涉及技術研究、標準化和市場化等全生命周期過程。針對6G技術發(fā)展路線圖，國際電信聯盟和第三代合作伙伴項目均已制定相關的研究計劃表，美國、歐盟也積極成立相關研究組織，推動6G技術研發(fā)和標準化。6G發(fā)展涉及多個層面，要積極借鑒現有5G發(fā)展的成功經驗，制定更加詳細的6G技術發(fā)展路線，在戰(zhàn)略層面上擴大優(yōu)勢。

要重視整合政府、產業(yè)界（企業(yè)、組織等）、學術界（科研機構、大學等）多方力量，合作發(fā)展6G技術。要重視構建6G研發(fā)生態(tài)，積極借助聯盟力量，搭建政府-產業(yè)界-學術界合作伙伴關系，凝聚各方優(yōu)勢，多方資助，合力開展項目研究；并且要積極投入國際事務，加強與國外相關組織聯系，積極參與國際6G相關標準制定，為推動全球6G發(fā)展做出中國貢獻。

要重視搭建產業(yè)生態(tài)環(huán)境，打通6G成果轉化全鏈條。6G研發(fā)涉及基礎研究、應用研究、試驗開發(fā)和產業(yè)化等過程，需要一個良好的研發(fā)生態(tài)支撐。在推進6G技術研發(fā)過程中，一方面應加強6G研發(fā)中的基礎研究，如新型網絡架構、全新無線傳輸系統使能技術，以及人工智能在新一代通信網絡中的應用；另一方面應該推動相關技術落地，通過試驗開發(fā)等手段，促進核心技術成果轉化應用，持續(xù)推動6G產業(yè)化?！?/p>