2030年6G愿景与需求报告(2020年1月)

4面向2030年及未来，人类社会将进入智能化时代，数字世界与物理世界将无缝融合，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发展趋势。

经济、社会、环境的可持续发展以及技术的创新演进将驱动移动通信技术持续从5G 向6G 迭代升级，推进6G 向泛在互联、普惠智能、多维感知、全域覆盖、绿色低碳、安全可信等方向拓展。

6G 发展驱动力及典型特征01（一）6G 发展驱动力一是经济可持续发展驱动力。

首先，新一轮科技革命和产业变革加速推进，驱使经济社会生产方式、核心要素和产业形态发生深刻变化，数字化发展成为世界经济的重要议题和增长引擎。

产业数字化将推动生产方式向更高质量、更加智能方向转变，需要以6G 移动通信技术为代表的新型数字技术为全球经济发展注入新动能。

其次，随着人民收入和生活水平的提高，全息视频、3D 视频、感官互联等更高品质服务将加速普及，极大地满足人们个性化、高端化的生活需求，这对移动通信技术性能提出了更高要求。

最后，经济全球化已成为经济发展的助推器，全球性的分工协调带来更低的成本和更高的效率。

未来6G 移动通信技术将配合数字孪生、全息感知、沉浸式交互等多类数字技术，进一步降低人与人、人与机、人与物之间的沟通成本，助力国际分工更加协调有效、产业分布更加合理、生产效率进一步提高。

二是社会可持续发展驱动力。

首先，未来社会治理主体将进一步多元化，治理架构和治理过程将更加扁平化，社会管理服务体系也将呈现全要素网格化发展态势，需要6G 技术配合其他数字技术共同作用，对科学精准的决策制定和动态实时的事件响应提供有效支撑。

其次，当前全球正面临人口老龄化、少子化等严峻挑战，新兴经济体在享受人口红利后，逐渐深陷人口数量放缓和经济稳定增长之间的矛盾，世界贫富差距不断拉大，6G 技术将极大提升公共服务的用户体验，增强公共服务能力，成为有效应对收入失衡挑战、助力各群体协同发展、全面提升人类福祉的强大数字工具。

6G 技术预计到2020 年将正式开始研发，2030 年投
入商用
日前，工信部IMT-2020（5G）无线技术工作组组长粟欣透露6G 概念研
究将在今年启动。

这意味着中国与全球同步开始6G 研究。

除了中国，美国、俄罗斯、欧盟等国家和地区也在进行相关的概念设计和研发工作。

根据设想，未来6G 技术理论下载速度可以达到每秒1TB，预计到2020
年将正式开始研发，2030 年投入商用。

按照移动通信的更迭时间，一代技术从研发到商用需要十年。

因此，在
5G 即将投入商用时，也就是开始筹备6G 研发的时候了。

至于6G 研究是否为时尚早，中国信息通信研究院技术与标准研究所副所长万屹在接受采访时说：“搞科研一般都要超前于市场应用。

有一句话叫‘使用一代、研究一代、储备一代’。

说俗点就是，吃着碗里的、盯着锅里的、想着田里的。

现在大部分地区应用的是4G 技术，5G 很快就要投入市场，这个。

全球各国6G 研发计划对比2022年是我国5G 商用三周年，我国已进入5G 技术规模化应用关键期。

随着5G 在全球范围内各领域的陆续应用，通信技术领先的国家和地区均已启动了对下一代网络技术6G 的研发规划和技术探索。

预计2028年~2030年，6G 通信技术将逐渐从技术研发走向产业商用。

中国：国家统筹启动，聚集产学研用开展技术攻关中国高度重视6G 技术发展，在“十四五”规划纲要中明确提出要“前瞻布局6G 网络技术储备”。

2019年9月，国家6G 技术研发推进工作组和总体专家组在多部委指导下成立，标志着从国家层面正式启动6G 技术研发工作。

其中，推进工作组由相关政府部门组成，职责是推动6G 技术研发工作实施；总体专家组由来自高校、科研院所和企业共37位专家组成，主要负责提出6G 技术研究布局建议与技术论证，为重大决策提供咨询与建议。

在产学研用联合推进下，中国目前6G 专利申请数量居全球首位，整体研发进度居世界前列。

2021年6月，中国IMT-2030(6G)推进组发布《6G 总体愿景与潜在关键技术》白皮书，预计中国将在2030年实现6G 商用。

截至2022年8月底，推进组已发布《6G 网络架构愿景与关键技术展望》《6G 典型场景和关键能力》等多个阶段性成果，6G 关键技术体系现已初具雏形，共计有10种关键技术、重点方向和技术路线均已逐步明确，预计在展望全球6G 发展趋势■ 李鑫阳 ︱ 文2030年左右中国将实现6G 技术商用。

美国：立足太空资源，以6G 重塑通信产业主导地位美国5G 商用受频谱限制较大，发展进程较为缓慢。

因此，2018年美国联邦通信委员会FCC 开展面向THz 频率的6G 研究试验，希望以6G 重塑美国在移动通信技术标准和产业中的主导地位。

2020年10月，美国电信行业协会TIA 成立“NextG”（6G 产业联盟），成员包括高通、英特尔、三星、微软、诺基亚等中国公司以外的高科技巨头公司。

图3- 1 6G网络安全愿景
3.1主动免疫
与传统的安全体系相比，6G网络中的安全机制在多个方面得到增强。

在接入认证方面，基于现有接入认证技术，探索适用于空天地一体化网络的新型轻量级接入认证技术，能够实现异构融合网络随时随地无缝接入。

在密码学方面，量子密钥、无线物理层密钥等增强的密码技术，为6G网络安全
图5- 1 6G网络新引入多方共识模式
区块链作为一种全新的信息存储、传播和管理机制，通过让用户共同参与数据的计算和存储，并互相验证数据的真实性，以“去中心”的方式实现数据和价值的可靠转移，建立多方共识的信任模式。

区块链的技术特征，为6G网络安全可信管理，构建信任联盟提供了新的技术支撑。

基于区块链的多方运营协作、多方资源共享和联合用户管理等创新业务模式，将更好地匹配6G网络去中心化、业务边缘化、用户个性化通信的特点。

与此同时，区块链的共识效率、扩容能力以及。

6G将至 “黄金频段”引竞逐文 / 本刊记者 刘馨蔚的建议，其中包含6G 框架的详细信息。

该标准的发布，标志着在制定和实施全球公认的6G 移动通信系统标准方面取得重大进展。

“基于IMT—2030标准开发的地面无线电系统，有望推动下一波创新型无线电通信系统的发展，促进全球数字公平并推动普遍连接。

”ITU无线电通信局局长Mario Maniewicz 表示。

据悉，接下来，各公司和行业协会将提交IMT—2030无线电接口技术建议，供ITU 无线电通信部门在2027年初进行审议，预计在2030年之前批准最终的6G 技术标准。

当前，6G研究呈现加速发展的竞争态势。

美国、欧洲均成立了专门针对6G的区域性联盟或“旗舰”研究项目，意图引领6G标准与产业发展。

对此，中国电信研究院6G 研究中心主任陈鹏建议：“中国一方面需加快6G 研究进程，特别是针对6G 关键领域深入开展方案研究与专利布局；另一方面，应通过各种方式强化国际合作，确保未来形成全球统一的6G 标准。

”中国率先启动6G研发布局中国是全球率先启动6G研发布局的国家。

2019年6月，工信部推动成立IMT—2030（6G）推进组（下称6G推进组），组织架构基于原IMT—2020（5G）推进组，成员包括中国主要运营商、制造商、高校和研究机构。

作为推进6G 发展的主要产业平台，6G 推进组吸纳国内外超80家成员单位，系统推进6G 需求研究、技术研发、国际合作等各项工作，组织开展6G 技术征集和技术试验，研制概念样机，支撑未来产业研发。

2021年6月，6G推进组发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，提出6G将支撑实现“万物智联、数字孪生”的愿景，创新性提出6G潜在业务应用将呈现沉浸化、智能化和全域化特点。

2022年7月，6G 推进组发布《6G 典型场景和关键能力》白皮书，提出6G 将在5G 三大典型场景基础上继续深化，构建超级无线宽随着全球移动通信技术的不断发展，频谱资源的分配和利用已经成为各国竞争的重要领域之一。

2020年12月第43卷第6期北京邮电大学学报Journal of Beijing University of Posts and TelecommunicationsDec．2020Vol．43No．6文章编号:1007-5321(2020)06-0010-08DOI :10．13190/j．jbupt．2020-1606G 愿景、业务及网络关键性能指标崔春风，王森，李可，董静，郑智民(中国移动通信研究院未来移动通信技术研究所，北京100032)摘要:面向2030年，对第6代移动通信系统(6G )的总体愿景和典型业务场景进行了探讨，并提出了6G 网络关键性能的指标测算方法．根据预测的6G 典型业务场景及推算的性能指标得到了业务模型，结合业务模型和用户模型的特征参数，对典型应用场景下的关键性能指标进行了测算．关键词:第6代移动通信系统;愿景与场景;典型业务;网络关键性能指标中图分类号:TN929文献标志码:A6G Vision ，Scenarios and Network ＲequirementsCUI Chun-feng ，WANG Sen ，LI Ke ，DONG Jing ，ZHENG Zhi-min(Future Mobile Technology Laboratory ，China Mobile Ｒesearch Institute ，Beijing 100032，China )Abstract :Towards the year 2030and beyond ，the overall visions and typical scenarios of the sixth gener-ation of mobile communications system (6G )are discussed preliminarily ，and a method for estimating key performance indicators (KPIs )of 6G networks is proposed innovatively．Besides ，according to the prediction of the service oriented for 2030，we formulate the traffic models．In addition ，the values of KPIs under different typical scenarios are calculated based on the parameters of the traffic models and the user models．Key words :the sixth generation of mobile communications system ;vision and scenarios ;typical traffic ;network key performance indicators收稿日期:2020-09-01作者简介:崔春风(1973—)，男，高级工程师，E-mail :cuichunfeng@chinamobile．com．从满足基本通信需求的第1代模拟通信系统到万物互联的第5代移动通信系统(5G ，the fifth generation of mobile communications system )，移动通信不仅深刻改变了人们的生活方式，而且成为社会数字化和信息化水平加速提升的新引擎．伴随5G 标准的冻结，5G 商用驶入快车道，它将促使众多垂直行业跨领域融合，从而产生更多的业态和新的商业模式．根据马斯洛需求模型［1］，人们对美好生活的需求层次会越来越高，与此同时，人们追求更高性能移动通信的步伐也从未停歇．未来，随着5G 应用的快速渗透、科学技术的新突破以及通信技术与新技术(量子计算)的深度融合，5G 将向第6代移动通信系统(6G ，the sixth generation of mobile communications system )方向继续演进［2］．按照移动通信产业“使用一代、建设一代、研发一代”的发展节奏，预期6G 将在2030年左右实现商用部署．目前在全球范围对6G 的研究正在如火如荼的开展，芬兰政府已率先启动6G 大型研究计划．美国联邦通讯委员会则为6G 的研究开放了太赫兹频谱．2018年3月，工业和信息化部表示我国已经着手研究6G．日本、韩国的相关公司也发布了6G 白皮书．目前，6G 的定义和技术需求仍处于探索阶段，在业界还未得到统一．预计未来几年，在6G 愿景需求与技术路线方面，各国将逐渐达成共识．以“创新、协调、绿色、开放、共享”为内涵的新发展理念将成为推动5G 向6G 演进的主旋律．虽然目前国内外许多学者对6G 愿景和关键性能指标都发表了各自观点，但是这些指标的来源和具体计算过程如何，还未看到相关报道．笔者在前期6G 总体愿景研究的基础上［3］，进一步提出了网络关键性能指标的测算方法，并从未来6G 的典型业务预测出发，结合用户模型，对部分典型场景下的网络关键性能指标进行了测算，旨在对后续更加多样化的指标量化研究起到抛砖引玉的作用．16G 总体愿景“4G 改变生活，5G 改变社会”，如果说5G 时代可以实现信息的泛在可取，6G 应在5G 的基础上全面支持整个世界的数字化，并结合人工智能等技术的发展，实现智慧的泛在可取、全面赋能万事万物．6G 时代将从万物互联发展为万物智联，推动社会走向虚拟与现实结合的“数字孪生”世界，实现“6G 重塑世界”的宏伟目标．图16G 总体愿景如图1所示，整个世界将基于物理世界生成一个数字化的孪生虚拟世界，物理世界的人和人、人和物、物和物之间可通过数字化世界来进行信息传递与智能交互．孪生的虚拟世界通过对物理世界进行数字化模拟，可以精确反映物理世界中各智能体甚至整个世界的真实状态，并预测发展趋势，进而及时采取相应的措施，避免事故的发生，这将帮助人类更进一步地解放自我，提升生活的质量，提升整个社会生产和治理的效率，实现“数字孪生，智慧泛在”的美好愿景．26G 网络关键性能指标的测算方法围绕“数字孪生，智慧泛在”的总体愿景，6G 网络将在智享生活、智赋生产、智焕社会3方面催生全新的应用场景，如孪生体域网、超能交通、通感互联网、智能交互等［3］．目前针对这些场景一些学者粗略给出了部分网络性能指标的要求，但测算过程不够完整，下面给出6G 网络关键性能指标的测算方法．1)根据对未来业务和场景的预测，分析总结了6G 网络面临的主要挑战和技术诉求，并对其中的关键性能指标和能力给出定义，如超大带宽、超低时延等．2)根据关键性能指标的定义选取典型业务和典型场景，并进行组合，得到了6G 潜在的典型应用场景．3)通过分析典型业务和典型场景的性能指标，得到业务模型和用户模型．4)根据定义的测算方法，结合业务模型和用户模型中的特征参数，对不同典型应用场景下的关键性能指标和能力进行测算．5)在上述测算结果的基础上，综合考虑网络各项指标和能力要求的适用条件，最终得到6G 网络关键能力和性能指标的具体要求．上述的测算方法可以用图2所示的流程图来表示．需要说明的是:不同的应用场景对网络关键性能指标和能力的要求和侧重点也不同．图2网络的关键性能指标和能力的测算方法36G 典型业务与指标分析根据前期对6G 场景的预测和分析［2］，提炼出了一些典型业务，如云虚拟现实(VＲ，virtual real-11第6期崔春风等:6G 愿景、业务及网络关键性能指标ity)、数字孪生城市、体域网以及全息，并分析了其关键性能指标．3.1VＲ3.1.1VＲ业务定义VＲ是由高性能计算机及各类传感器所组建的多维信息系统，借助电脑、智能终端、头显及传感器技术，通过体感交互，为用户构建一个虚拟的浸入式、可交互的环境，使用户获得与真实世界相同、身临其境的感受和体验［4］．Burdea等［5］提及了VＲ的3I特征:构想性(i-magination)、交互性(interaction)、沉浸感(immer-sion)．由于VＲ技术的发展，其理论和体系进一步得到完善，未来VＲ将向智能化(intelligence)进一步发展，3I将发展成为4I特征［6］．交互性是指用户与虚拟场景中各种对象相互作用产生关系，对网络有低时延的需求．沉浸感是指用户可以完全投入于计算机生成的虚拟环境中，在虚拟场景中有“身临其境”之感，对显示内容有高分辨率、高传输速率的需求，这对终端处理能力带来了巨大的挑战，因此云化VＲ技术应运而生．3.1.2云VＲ业务特性为保障用户有良好的沉浸式体验，云端高码率音视频流必须实时传输到终端，否则会产生黑边、拖尾、卡顿、花屏等现象，加重用户晕动症．时延方面，在云VＲ强交互业务中，端到端时延为毫秒级，为保障业务的实时性，以下各项关键性指标也必须严格控制(见图3)．1)采集时延:终端传感器采集数据产生的时延．2)渲染时延:根据用户的位置信息，云端通过预置的模型生成计算机图像产生的时延．3)编解码时延:处理编码压缩和解码产生的时延．4)网络传输时延:网络传输压缩过的高清音视频流产生的时延，云VＲ业务中主要是网络下行传输．5)画面显示时延:终端对压缩过的高清音视频流解码后到画面显示的响应时延．6)头动到显示(MTP，motion to photon)时延:显示画面对转头动作的响应时延．3.1.3云VＲ关键指标分析面向2030年，用户对终端画面显示质量的需求增加，芯片的计算能力也在不断提升，需要大大缩短图3云VＲ时延分解示意图图像渲染技术和视频压缩技术的处理时间．在6G 传输网络中，为了不使传输时延成为云VＲ系统的瓶颈，传输时延需要与渲染、编解码时延相匹配．1)面向2030年的终端性能和计算性能①终端显示内容显示产业生存定律(王氏定律)［7］指出，标准显示产品每36个月的价格下降约50%，产品性能和有效技术保有量必须提升1倍以上．现阶段VＲ业务的屏幕分辨率为3840ˑ2160，刷新率为60Hz．根据上述定律估算，截至2030年，显示屏的规格为11ʒ20，屏幕分辨率为24Kˑ13K，刷新率可达240Hz．②摩尔定律摩尔(Moore)定律是指集成电路(IC，integrated circuit)上可容纳的晶体管数目约每隔18个月增加1倍，性能也将提升1倍．截至2030年，处理器的算力将比2020年提升128倍．2)业务传输时延和业务传输速率在5G云VＲ的业务模型中，主要基于MTP时延对网络传输提出要求．面对苛刻的20ms MTP时延要求，通过异步渲染和动作预测等技术，现网实测5G云VＲ业务模型的时延约为70ms．如图4所示，整个时延包括终端的1ms姿态采集、10ms视频解码、服务器端的15ms图像渲染、8ms视频编码以及20ms业务传输时延，其中下行传输20ms指上行和下行的传输时延共为20ms．图45G云VＲ业务模型各部分时延图像渲染系统首先将核心渲染计算功能代码抽象化、模块化，然后通过几何变换、投影变换、透视变换和窗口剪裁，并结合获取的材质和光影信息，生成二维图像．图像渲梁结束后，会把图像信息输出到21北京邮电大学学报第43卷图像文件或视频文件．视频编码是将原格式的视频通过编码标准压缩成另一种格式文件．视频是渲染和编码处理的主要内容，同时也是传输过程中的主要内容．在传输过程中还包括一些小文件的指令、手势等信息，在计算负载时忽略不计．视频是由连续的帧图像构成的，一帧即为一幅图像．渲染过程中的帧图像格式为ＲGBA ，即4个属性．现阶段每个像素的属性信息用8bit 表示．随着图像质量的增强，图像具有更宽的色域和更好的色调，预计2030年每个属性用12bit 表示，因此2030年渲染的每帧计算负载24K ˑ13K ˑ12ˑ4bit．2020年每帧的计算负载为3840ˑ2160ˑ8ˑ4bit ，两者相比，2030年是2020年的56倍．编码使用的视频原格式一般为YUV420，按每属性12bit 计算，预计2030年每帧的计算负载为24K ˑ13K ˑ18bit ，2020年每帧的计算负载为3840ˑ2160ˑ12bit ，因此，2030年每帧的计算负载也是2020年的56倍．随着编码标准的发展，预计2030年的压缩比为500．根据5G 云VＲ模型中的各部分时延，按照图5所示的6G 云VＲ业务指标算法流程计算业务传输时延和业务传输速率(单用户)．图56G 云VＲ业务指标算法流程步骤16G 云VＲ业务模型下的模块处理时延(T r 、T c 和T d )为T 2030=T 2020(N im /N cp )(1)其中:T 2020代表6G 云VＲ业务模型下的模块处理时延，N im /N cp 为计算负载算力(处理器能力)比值，即56/128=0.44．步骤2为了使传输不成为瓶颈，计算2030年6G 业务模型的业务传输时延为T n =max (T r ，T c ，T d )(2)并向上取整．步骤3业务传输速率(单用户)为B =(D f /P )/T n(3)其中:D f 为2030年一帧YUV420格式的视频数据，P 为压缩比．计算得出的图像渲染时延为6.6ms ，视频编码时延为3.5ms ，视频解码时延为4.4ms ，6G 云VＲ业务模型的时延如图6所示，业务传输时延为7ms．根据时延计算业务的传输速率(单用户)为1.6Gbit /s ，其中下行传输7ms 指上行和下行的传输时延共为7ms．终端通过使用异步渲染等技术可以使画面显示满足MTP 的时延要求，但该部分的时延对网络传输无影响，因此没有对6G 画面的显示时延进行预测．图66G 云VＲ业务模型各部分的时延3.2数字孪生典型业务3.2.1数字孪生业务定义数字孪生(digital twin )具体指的是物理产品或资产的虚拟复制，且复制可以实时或定期更新，从而尽可能地匹配其真实世界．数字孪生用例丰富，如智慧城市使用数字孪生技术来缓解交通拥堵，进行城市规划等，有助于更有效地管理城市，在实施计划之前先模拟计划并观察结果，在计划成为现实之前暴露问题;在汽车和飞机等制造领域，数字孪生技术逐渐成为优化整个制造价值链和创新产品的重要工具;孪生工厂通过打造映射物理空间的虚拟车间、数字工厂，推动物理实体与数字虚体之间数据的双向动态交互，根据虚拟空间的变化及时调整生产工艺，优化生产参数，提高生产效率．3.2.2数字孪生关键指标分析数字孪生虽然有多种应用场景和形式，但它们无一例外都需要捕获和利用现实世界的数据，通常包括:数据采集、仿真建模、视觉呈现和计算平台四大部分．基于数据采集模块，每台设备的每个零部件都需要提供自身的状态信息，这些状态信息汇总到计31第6期崔春风等:6G 愿景、业务及网络关键性能指标算平台，构成数字孪生的关键数据．采集数据的大小和频次多样，既有千字节级别的状态和位置信息，也有千兆字节级别的图像及激光数据，因此，对上行传输带宽和连接数量提出了很高的要求．例如，一架大型民航客机有数百万个零件，需要数千家配套供应商生产．因此在飞机组装维修工厂内，每平方公里的连接数可以达到千万(108)量级．针对智慧城市的监控场景，以深圳市为例，目前拥有的摄像头数量(N c)为40万个，城市面积(A)为1953km2，摄像头的安装密度为(单位:个/km2)ρc=NcA=4000001953≈205(4)每千人具有的视频监控数量为发达国家的60%左右，且多为光纤固定连接．到2030年，预测摄像头拍摄图像的分辨率(Ｒ)为16Kˑ16K，采集频率(f)为120f/s，按照ＲGB采样格式每像素单通道为14 bit，输出像素深度(D)为14ˑ3=42bit的高清画面，编码压缩比(P)为500．最终每个摄像头的传输速率为(单位:Gbit/s)S=ＲfDP≈2.38(5)按照未来400个/km2的密度部署摄像头，预计单个摄像头的图像传输速率为2.38Gbit/s，数字孪生城市场景下，每平方千米的上行速率将达到952Gbit/s．3.3体域网3.3.1体域网业务的定义体域网作为网络覆盖的最小组成部分，承担着个人数据与核心网络交互的重要任务，是网络连接的关键一环．体域网由人体相关的各种网络设备构成，融合了无线传感器网络、短距离无线通信技术和分布式信息处理等技术，是实现面向2030年网络个性化服务的基础．到6G时代，孪生体域网将进一步实现数字化和智能化，通过在体内体外密集部署传感器进行实时的数据采集与分析，从而构建出虚拟世界的个性化“数字人”．3.3.2体域网关键指标分析IEEE在2012年推出了第1个体域网标准［8］IEEE802.15.6，对网络频率、功率、峰值速率、时延和可靠性提出了相应要求，考虑到2030年体域网的发展趋势，对传输速率、时延和可靠性提出了更高要求．1)传输速率孪生体域网在5G标准的基础上扩展了很多应用，如增强可穿戴设备的全息通信，需要太比特级的传输速率．受限于发射功率和设备制造的难度，孪生体域网的峰值速率难以达到太比特级，但是为了支持基于体域网的各种应用，体域网的峰值速率应不低于1Gbit/s．IEEE802.15.6中指出体域网中单个设备的数据传输速率为10Mbit/s［8］，在未来远程医疗场景中，当设备密集度为100个/人时［9］，传输速率约为1Gbit/s．2)时延为了支持数字孪生人的实时监测与实时数字模拟，孪生体域网对时延有一定的要求．在实时监测与增强可穿戴设备的支撑方面，时延只需达到10ms 量级即可．对于数字孪生人业务，由于其是虚拟场景下的仿真预测，需要在系统产生某种变化后，快速仿真预测接下来发生的情况，这对时延是更大的挑战，因此可以把孪生体域网的时延指标定在0.1ms 附近．但是受限于器件的处理能力，体域网业务的时延应定在1 10ms之间．3)可靠性5G网络的可靠性指标为99．999%，可以支持大部分医疗类业务，因此孪生体域网对网络的可靠性指标与5G相差不大．未来在一些特殊场景下，如数字器官和远程医疗等方面，考虑到患者的生命安全，体域网的可靠性需求会提高到99.99999%．3.4全息3.4.1全息业务定义全息显示利用了干涉原理，以干涉条纹的方式将物体发出的光波全部信息(包括振幅和相位)存储在记录介质中，即全息图．再用另一束光波去照射全息图时，基于衍射原理能够重现并形成原物体的三维图像．全息三维显示不需要佩戴任何辅助装备，直接通过裸眼就可以360ʎ全视角地观看到3D 图像效果，能够产生一种身临其境的视觉效果．依托未来6G移动通信网络，全息显示技术将融入许多应用场景中．全息通信会得到飞跃发展，实现人类通讯从2D平面图像到3D立体显示的跨越，使不同时空的人们面对面交流成为可能．全息显示与远程医疗技术能够把患者的详细体征数据真实映射出来，远在大洋彼岸的医生通过患者的三维映像就能够准确地指导手术并确定最佳的治疗方案．在工业生产中，全息显示技术能够帮助设计师41北京邮电大学学报第43卷更好地设计制造机械零部件等．3.4.2全息关键指标分析ITU－T Network 2030焦点组指出，若实现全息远程应用［10］，要求网络带宽增长到太比特级，对时延的要求低至毫秒级别．预计到2030年，针对一些特殊场景，如远程医疗，全息显示的分辨率将达到24K ，刷新率为240Hz ，对时延的要求会更低，同时对网络可靠性和承载能力也提出了极高的要求．1)超大带宽采用图7所示的传送流程［11］，首先将传送目标的原始3D 数据重定格式、储存、传输、接收;然后再计算生成全息图;最后重建得到3D 目标图像．以传送原始像素尺寸为24K ˑ13K ˑ50(深)的3D 目标数据为例，ＲGB 颜色数据为24bit ，刷新频率为240f /s ，网络带宽为24K ˑ13K ˑ50ˑ24ˑ240=81.7Tbit /s．采用较高的压缩比进行处理(500ʒ1)后，带宽的需求仍然在167Gbit /s 左右．图73D 目标数据的传送流程2)低时延人体肉眼感知连续动画的最低刷新率为24f /s．当刷新率为50f /s 时，时延为20ms．一般条件下，刷新频率通常设置为30f /s ，在一些对视觉体验要求更高的场景下，如游戏，刷新频率可能会高达60f /s 甚至120f /s．全息三维显示的时延范围为1 30ms．3.5业务模型综合上述对云VＲ、数字孪生城市、体域网和全息业务的描述及其对网络性能指标需求的预测，可以得到业务模型，如表1所示．表1业务模型业务指标用户体验速率/(Gbit·s －1)时延/ms云VＲ下行:1.63①全息下行:1671体域网上行:11数字孪生上行:2.38－①云VＲ业务对于空口时延的要求(3ms )=云VＲ端到端时延(7ms )－核心网时延(理想3ms )－传输网时延(1ms )．46G 网络关键性能指标的测算如第2节所述，在对6G 网络关键性能指标进行测算时，除了需要通过分析典型业务的性能指标，得到业务模型外，还需要分析典型场景的性能指标，得到用户模型，并根据不同指标的测算方法，对不同典型应用场景下的关键性能指标和能力进行测算．4.1用户模型用户模型用来描述不同场景下用户的分布、密度、移动速度、用户激活率等特征，笔者选取了以密集城区为代表的密集楼宇场景、以三甲医院ICU 病房为代表的医疗场景和以高铁为代表的高速移动场景三类典型场景，用户模型参数如表2所示，其中:对于密集楼宇场景容积率为5的密集住宅小区，每平方公里有5万户，每户有200个物联网终端，并考虑立体覆盖．对于医疗场景，假设每个用户有100个连接，占地15m 2．对于高铁场景，假设单车厢平均载客约60人，每个用户有10个连接，面积约为90m 2(8节编组)．表2用户模型场景指标连接数密度/(个·m －3)连接数密度/(个·m －2)典型体积/km 3典型面积/m 2移动性/(km ·h －1)用户激活率/%密集楼宇100.1－30医疗场景－100/15－180①－100高速移动场景－6－7501000704.2测算方法考虑到指标测算时，在相同的用户模型下会有不同的业务，因此，针对相同用户模型下不同业务的网络关键性能指标，需要给出其综合的测算方法，以得到该用户模型下的测算结果．使用的综合测算方法如下．1)用户体验速率．给定用户模型下，选择多个激活业务中传输速率要求的最大值，作为该用户模51第6期崔春风等:6G 愿景、业务及网络关键性能指标型下的用户体验速率要求．2)时延．给定用户模型下，选择多个激活业务中时延要求的最小值，作为该用户模型下的时延要求．3)流量密度．给定用户模型下，对多个激活业务的流量密度求和，作为该用户模型下的流量密度取值，其中针对某个激活业务的流量密度定义为该业务的用户体验速率要求、该业务的渗透率、该用户模型下的用户激活率和连接数密度的乘积．4)可靠性．给定用户模型下，选择多个激活业务中可靠性要求的最高值，作为该用户模型下的时延要求．5)峰值速率．按照一般峰值速率比体验速率高一个数量级取值．4.3密集楼宇以密集楼宇场景为例，根据不同关键性能指标的测算方法，对该场景下的指标进行测算，其结果如表3所示，其中，普通业务包括了视频播放、视频通话、在线游戏、网页浏览等传统业务．4.46G网络关键性能指标的测算结果在医疗场景中，主要业务包括云VＲ、全息和体域网．假设每个人有100个连接，其中云VＲ业务有1个，全息业务有1个，体域网业务有98个，那么它们的业务渗透率分别为1%、1%和98%．高速移动场景下的主要业务包括云VＲ和普通业务．由于医疗场景和高速移动场景关键性能指标的测算过程与密集楼宇场景类似，这里不再赘述．6G部分网络性能指标测算结果如表4所示．表3密集楼宇场景关键性能指标测算业务指标用户体验速率要求/(Gbit·s－1)峰值速率/(Gbit·s－1)业务渗透率/%时延/ms下行流量密度/(Gbit·s－1·m－3)上行流量密度/(Gbit·s－1·m－3)上行流量密度/(Gbit·s－1·km－2)下行总流量/(Gbit·s－1)上行总流量/(Gbit·s－1)连接数密度/(个·m－3)云VＲ下行:1.600下行:16.00 6.00②30.29－－ 2.90ˑ107－－全息下行:167.000下行:1670.000.54③1 2.71－－ 2.71ˑ108－－体域网上行:1.000上行:10.0019.00④1－0.570－－ 5.700ˑ107－数字孪生上行:2.380上行:23.80 6.00⑤4－－17.14①－ 1.714ˑ103－普通业务下行:0.250上行:0.015下行:2.50上行:0.15100.0040.750.044－7.50ˑ107 4.400ˑ106－指标需求下行:167.000上行:2.380下行:1670.00上行:23.80－1 3.750.610－ 3.75ˑ108 6.140ˑ10710①按照预计部署摄像头400个/km2，每平方千米的上行速率约为952Gbit/s标准计算．②假设2025年全球总人口数是70亿，云VＲ用户数可达3.7亿，业务渗透率为6%左右［12］．③2017年全球消费电子产品的零售额接近7000亿美元，假设到2030年该数值实现翻倍;三星公司的6G白皮书中预计2030年全息的市场规模将达到76亿美元，业务渗透率约为0.54%［13］．④艾瑞咨询联合京东智能发布了2016年中国智能硬件行业发展趋势的报告，可穿戴设备的渗透率不到19%，到未来2030年，随着技术的发展，可穿戴设备作为体域网中的一种形式，业务渗透率应超过19%［14］．⑤数字孪生、边缘计算应用初具规模，渗透率接近6%，推动数字化设计等能力提升［15］．表46G部分网络关键性能指标的测算场景指标用户体验速率要求/(Gbit·s－1)峰值速率/(Gbit·s－1)时延/ms下行流量密度/(Gbit·s－1·m－2)下行流量密度/(Gbit·s－1·m－3)上行流量密度/(Gbit·s－1·m－2)上行流量密度/(Gbit·s－1·m－3)下行总流量/(Gbit·s－1)上行总流量/(Gbit·s－1)连接数密度/(个·m－3)可靠性/%移动性/(km·h－1)密集楼宇下行:167.000上行:2.380下行:1670.00上行:23.801－ 3.75－0.61 3.75ˑ108 6.14ˑ10710.00－－医疗场景下行:167.000上行:1.000下行:1670.00上行:10.00111.24－0.07－2023.2011.76 6.6799.99999－高速移动场景下行:1.600上行:0.015下行:16.00上行:0.153 1.45－0.06－1086.8246.13 6.00－100061北京邮电大学学报第43卷。

6G移动通信网络 :愿景、挑战与关键技术摘要：在5g网络的大规模商用部署背景下，研究机构将目光转向下一代的移动通信体系。

本文就现有的技术基础对6g概念与未来发展前景发出展望，并针对关键技术展开讨论。

探讨追求6G技术所面临的困境与技术的技术，囊括了峰值吞吐量、高能效、快速连接等。

最后，简略的对6G关键技术进行内容划分:新的频谱通信技术、太赫兹通信、可见光通信等重要技术。

希望本文的探讨能够对今后的6G研究提供方向性指导。

关键字：6G移动通信网络；愿望；关键技术引言：在5g通信技术的大规模使用背景下，首批符合5g标准的终端逐步上市。

不防发出展望，具有三大技术特征的5g无线移动通信系统也会随着大众通信需求的攀升而得到跃进，形成前所未有的大型通信网络，以潜移默化的形式改变人类生活模式。

眼下，6g通信技术成为新一代通信技术人员攻克的难题，在相关从业人员的努力下，相信在各项标准、业务应用模式方面会逐步走向成熟。

1、6G与5G相比，大多数性能指标大幅提升在不久的将来，智能信息社会会向数字化和智能化过渡，利用实时和无限的全无线连接是必然选择，在此基础上的6G则是伟大愿景的根本力量。

能够不竭的进行多次连接，实现全方位的无线覆盖，综合传感、计算、控制、定位等多种性能，垂直应用程度高，6g不单单是对5g的升级，还是一个智慧系统，可以智能提供多种连接途径，为人类提供最舒适的信息交互环境。

2、6G关键技术2.1太赫兹通信技术太赫旅游具有吉吉庞大的频谱资源，资源量高达几十GHz，正因如此，它可以实现从100Gbit/s到TB的极高传输速率，并逐渐成为未来移动通信领域的重要无线通信技术。

太赫兹通信的高频段和短波长，每单位内可集成庞大的天线阵元。

利用波束形成技术能极大的弥补路径方面的消耗，达到密集组网的各项要求。

太赫兹通信与众不同的技术特点让其在诸多领域脱颖而出，发展潜力无穷。

除此之外，太赫兹器件的应用效果有待提升，固态太赫兹功率放大器并不能做到极致覆盖。