面向2030年的6G，將帶來什么改變？
我們身處一場偉大的數(shù)字化浪潮中。
創(chuàng)新如潮水般帶給人們多樣的選擇和嶄新的機遇。
在許多國家，這種變化深刻影響著每個人、每個家庭、每輛車以及每個行業(yè)，重新定義著我們的工作、學習、生活與健康。
今天，5G在全球加速部署，帶來種種前所未想的可能。我們在見證一個時代，在這個時代，5G將全方位地改變生活、革新產(chǎn)業(yè)、重塑社會。
展望2030年以及更遠的未來，我們希望下一代移動通信帶給我們什么?
1.1 移動通信的演進
自20世紀80年代以來，移動通信系統(tǒng)發(fā)生了翻天覆地的變化，大約每十年就會產(chǎn)生新一代技術。而移動網(wǎng)絡主流業(yè)務的普及和新頻段的成熟應用通常需要經(jīng)歷兩代(也就是20年)才能成熟。
每一代無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)都采用了新技術、新設計原則和新架構，能力較前一代顯著提升。
2G和3G網(wǎng)絡的主要驅(qū)動力來自以語音通信為主的移動用戶。隨著手機的滲透率和語音業(yè)務的使用率趨于飽和，這種依賴用戶數(shù)的商業(yè)模式開始增長乏力。
從3G到4G，數(shù)據(jù)業(yè)務迅猛發(fā)展，移動寬帶成為4G的主導業(yè)務。過去10年，移動通信的重大進步對人們的生活方式產(chǎn)生了深遠影響。譬如，承載各種應用的智能手機已滲透到生活的方方面面。此時，4G網(wǎng)絡運營商的收入主要依靠流量而非用戶數(shù)，人均流量消耗的增長驅(qū)動了業(yè)務增長。
得益于4G技術能力的進步，面向移動端的應用創(chuàng)新大量涌現(xiàn)，徹底改變了我們的日常生活。在中國，從現(xiàn)金支付到線上支付的轉(zhuǎn)變是一大力證。如今，支付寶、微信支付以及Huawei Pay等在線支付手段早已成為大眾喜聞樂見的支付方式。不管是購買日用百貨，還是繳納停車費，人們無須攜帶現(xiàn)金就可以輕松完成支付。另一個例子是社交媒體的興起。任何人都可以隨時隨地通過智能手機與他人分享圖片和視頻。社交媒體已然成為一個新聞載體，加速了信息的傳播。
隨著越來越多的高速率、大帶寬應用不斷涌現(xiàn)，這種創(chuàng)新趨勢在5G中得到延續(xù)。這些應用涉及高清視頻，以及增強現(xiàn)實(Augmented Reality，AR)、虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)、混合現(xiàn)實(Mixed Reality，MR)等沉浸式媒體。目前，全球在用的智能手機數(shù)量約為38億。預計到2025年，這一數(shù)字將達到80億。屆時，移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)將超過65億，其中80%的用戶使用移動寬帶。除此之外，AR/VR用戶數(shù)將達到4.4億，40%的車輛將接入網(wǎng)絡。
隨著窄帶物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)的標準化，移動網(wǎng)絡已經(jīng)從基于增強移動寬帶的人聯(lián)，轉(zhuǎn)向基于超高可靠低時延通信與海量機器通信的物聯(lián)。這種轉(zhuǎn)變反過來又促進企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，讓企業(yè)為下一波經(jīng)濟增長做好準備。
5G商用最初聚焦于消費者業(yè)務，但3GPP 5G標準后續(xù)版本(如R16、R17等版本)的演進目標是催熟車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等垂直應用。為了在眾多企業(yè)和行業(yè)中實現(xiàn)不同級別的自動駕駛和工業(yè)4.0，移動通信領域正在與5G-ACIA、5GAA等各大垂直行業(yè)聯(lián)盟緊密合作，致力于加速移動技術的應用。據(jù)估計，2025年后將實現(xiàn)四級自動駕駛，車聯(lián)網(wǎng)的普及也將極大地提升運輸效率。優(yōu)化的商業(yè)流程和更高的生產(chǎn)效率將成為未來GDP增長的關鍵動力。
5G開啟了萬物互聯(lián)的大門，6G則有望演變?yōu)橐粋€萬物智聯(lián)平臺。通過這個平臺，移動網(wǎng)絡可以連接海量智能設備，實現(xiàn)智能互聯(lián)。我們有理由相信，下一波數(shù)字化浪潮將帶來更多創(chuàng)新，全方位地滿足我們各方面的需求。通過人工智能和機器學習，物理世界和數(shù)字世界能夠?qū)崟r連接，人們得以實時捕捉、檢索和訪問更多信息和知識，步入智能化的全聯(lián)接世界。同時，感知、分布式計算、先進一體化非地面網(wǎng)絡、短距離無線通信等技術也將為未來的智能移動通信網(wǎng)絡奠定基礎。
1.2 關鍵驅(qū)動力
驅(qū)動力一：新應用和新業(yè)務
目前，運營商的業(yè)務收入取決于每用戶流量消耗的增長。從2020年到2030年，預計全球物聯(lián)網(wǎng)與非物聯(lián)網(wǎng)設備每月每用戶平均移動流量消耗(實線表示)和用戶數(shù)(方柱表示)將持續(xù)增長。圖中數(shù)據(jù)來自ITU-R M.2370報告。
從圖中可以看出，2020年智能手機用戶的增長已經(jīng)飽和，2020年至2030年的年均復合增長率約為6%。
另外，根據(jù)全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會的預測，從2019年到2025年，個人移動用戶的滲透率將只增長3個百分點，即從67%增長到70%。盡管如此，預計在10年內(nèi)，每移動寬帶用戶的移動數(shù)據(jù)流量將增長50倍，從2020年的5.3 GB/月增長到2030年的257 GB/月。
5G平臺已經(jīng)廣泛支持高速率、大帶寬應用，拉動了流量消耗，也刺激了對網(wǎng)絡容量的需求。在6G時代，更多應用將會涌現(xiàn)，擴展現(xiàn)實云服務、觸覺反饋、全息顯示都有可能成為主流應用，涵蓋360度VR電影、AR輔助遠程服務、虛擬3D教育旅行、觸覺遠程醫(yī)療和遠程操作等應用場景。
據(jù)華為全球產(chǎn)業(yè)愿景報告預測，到2025年，頭戴式VR/AR設備用戶將超過3.37億，10%以上的企業(yè)將使用AR/VR技術開展業(yè)務，而這些數(shù)字到2030年肯定還會增加。隨著云XR應用數(shù)量和普及度的增加，以及顯示尺寸、分辨率和刷新率的提高，5G能力的演進恐難以滿足速率和時延需求。每個用戶流量需求的指數(shù)級增長、對時延和可靠性的嚴格要求，以及此類用戶數(shù)量的大幅增長，將成為6G網(wǎng)絡設計的主要挑戰(zhàn)。而且，很多運營商推出了無限流量套餐，這已經(jīng)成為主流的商業(yè)模式，也將帶來數(shù)據(jù)流量的增長。
還可以看出，到2030年，物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量將比2020年多13倍，企業(yè)和消費者的物聯(lián)網(wǎng)連接都將持續(xù)增長。
GSMA在其2020年移動經(jīng)濟報告中預測，到2024年，企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的體量將超越消費者物聯(lián)網(wǎng)。因此，人工智能將成為各種自動化的引擎，感知實時環(huán)境并利用海量數(shù)據(jù)進行實時決策。在智慧家庭、智慧醫(yī)療、智能汽車、智慧城市、智慧樓宇、智能工廠等場景中，寬帶傳感器將大規(guī)模部署，用于獲取人工智能所需的海量數(shù)據(jù)。
大數(shù)據(jù)是機器學習成功的基礎，也是6G網(wǎng)絡吞吐率實現(xiàn)數(shù)量級提升的重要驅(qū)動力。
此外，網(wǎng)絡感知、非地面通信等新能力將成為6G移動系統(tǒng)的有機組成部分，利用無線通信信號以及海量網(wǎng)絡節(jié)點和終端設備本身的感知能力，實現(xiàn)對大面積區(qū)域的實時環(huán)境監(jiān)測和成像。
高性能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用在確定性時延和抖動方面對無線性能也提出了更高的要求，可用性和可靠性必須得到保證。例如，時間敏感的命令與控制、多機器人運動協(xié)調(diào)與協(xié)作，都要求高性能。這些應用場景也是6G極致、多樣化性能的驅(qū)動力。
驅(qū)動力二：普惠智能
未來幾十年，數(shù)字經(jīng)濟將繼續(xù)成為全球經(jīng)濟增長的主要動力，其增速將遠高于全球經(jīng)濟增長本身。以2019年的統(tǒng)計為例，數(shù)字經(jīng)濟的增速是全球經(jīng)濟增速的3.5倍，達到15.6萬億美元，占全球經(jīng)濟總量的19.7%。預計到2025年這一占比將達到24.3%。按投資杠桿比較，在過去30年，數(shù)字經(jīng)濟投資每增加1美元，就撬動20美元的GDP增長，而非數(shù)字經(jīng)濟投資的平均杠桿率僅為1:3。
移動通信是信息和通信技術產(chǎn)業(yè)中最具活力的領域之一，對人們的生活產(chǎn)生了深刻影響，縮小了數(shù)字鴻溝，極大地驅(qū)動了社會整體生產(chǎn)力的提升和經(jīng)濟的增長。到2024年，預計移動技術與服務將貢獻全球GDP的4.9%(接近5萬億美元)，日益普及的移動服務在提升生產(chǎn)力和效率的同時，也會使更多的行業(yè)受益。
相信這一發(fā)展趨勢將持續(xù)到2030年及更遠的未來。隨著普惠智能成為未來商業(yè)和經(jīng)濟模式的重要基礎，四個關鍵因素將驅(qū)動無線技術和網(wǎng)絡架構的范式轉(zhuǎn)變。
原生AI支持：盡管5G在核心網(wǎng)設計中引入了一種新的網(wǎng)絡功能(即網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分析)來實現(xiàn)智能化，但目前AI在網(wǎng)絡運維管理中的應用范圍仍然有限。實際上，5G僅將AI視作一種OTT業(yè)務。6G則不同，在端到端移動通信系統(tǒng)的設計環(huán)節(jié)就考慮了對AI和機器學習的最佳支持，AI不僅僅是一項基本功能，還要實現(xiàn)最優(yōu)效率。從架構角度看，在邊緣運行分布式AI可以達到極致性能，同時也能解決個人和企業(yè)的數(shù)據(jù)所有權歸屬問題，滿足不同國家和地區(qū)的監(jiān)管要求。6G的“原生”AI支持旨在隨時隨地提供AI服務，并通過持續(xù)優(yōu)化，不斷提升系統(tǒng)性能和用戶體驗。因此，智能化達到了真正無處不在的程度，并與深度融合的ICT系統(tǒng)相結(jié)合，在邊緣側(cè)提供豐富的連接、計算和存儲資源，成為6G的原生屬性。相應的算法、神經(jīng)網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、應用編程接口等能力也必須作為網(wǎng)絡實現(xiàn)的一部分集成到6G系統(tǒng)中。具備原生AI支持的6G網(wǎng)絡架構將實現(xiàn)AI的聯(lián)網(wǎng)，從現(xiàn)在的集中式“云AI”轉(zhuǎn)變?yōu)閷淼姆植际健盎ヂ?lián)AI”。
原生數(shù)據(jù)隱私保護：在5G及前幾代網(wǎng)絡安全能力的基礎上，6G將隱私保護納入關鍵設計要求和原則。為6G組網(wǎng)和數(shù)據(jù)提供全面的隱私保護變得至關重要。一方面，數(shù)據(jù)所有權和訪問權這兩個關鍵因素對網(wǎng)絡架構的隱私保護實現(xiàn)提出了挑戰(zhàn)。另一方面，原生AI的網(wǎng)絡架構也對分布式數(shù)據(jù)處理和訪問能力提出了隱私保護要求。數(shù)據(jù)雖然是靠網(wǎng)絡和應用的服務提供商來保障隱私的，但是由數(shù)據(jù)主體的用戶行使授權的，應該讓作為數(shù)據(jù)主體的用戶來行使控制和操作數(shù)據(jù)的權利。下一代系統(tǒng)的設計應該將隱私保護作為首要任務，而不是一個附加特性。同時，還應確保數(shù)據(jù)主體的數(shù)據(jù)擁有權，在數(shù)據(jù)主體的授權下使能對數(shù)據(jù)的控制、操作和處理，適配數(shù)據(jù)隱私/保護條例或律法(如歐盟的《通用數(shù)據(jù)保護條例》)，為未來的技術設計和應用建立基本的指導原則。
原生可信：為支持各種應用場景和多樣化的市場，必須為6G定制可驗證和可度量的可信體系。5G和前幾代通信網(wǎng)絡中的運營和授權都采用集中模式，未來6G將有可能演變成一種多方參與、共建共贏的模式。這種商業(yè)模式要求可信架構必須顧全諸多因素。一個開放包容的多模信任模型，會比以往的單一信任模型更適合6G網(wǎng)絡和業(yè)務。因此，一個值得信賴的6G架構除了要適配未來的網(wǎng)絡和業(yè)務需求，還應考慮網(wǎng)絡安全、隱私、韌性、功能安全、可靠性等多方面的可信因素。
多元生態(tài)：AI的三大要素是數(shù)據(jù)、算法和算力。然而，單個企業(yè)可能不具備這三大要素的所有能力，無法獨立地完成以智能化、快速技術創(chuàng)新為特征的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。如此一來，構建一個開放、可持續(xù)、多方協(xié)作的生態(tài)系統(tǒng)，是實現(xiàn)商業(yè)成功不可或缺的前提。
并且，隨著5G能力的逐步擴展，垂直無線市場預計將在21世紀20年代持續(xù)升 溫。ICT領域和運營技術行業(yè)的玩家已在探討如何開展合作，創(chuàng)造新的收入來源。在此6G時代序幕開啟之時，構建一個通用的ICT框架大有裨益。這個框架可以為所有行業(yè)提供全局視角，從而加速ICT和OT領域的合作與融合。第一波6G商用有望為消費者和垂直行業(yè)兩大市場都注入強勁動力。
驅(qū)動力三：社會責任與可持續(xù)發(fā)展
移動網(wǎng)絡有可能徹底改變商業(yè)、教育、政府、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、制造和環(huán)境，以及我們與他人互動的方式。移動網(wǎng)絡在不斷促進社會進步，并完全有可能重新定義人類世界。
根據(jù)GSMA報告，聯(lián)合國在2015年提出了旨在改變世界的可持續(xù)發(fā)展目標，而移動通信是實現(xiàn)這一系列目標的核心基石和重要手段。圍繞其中所有17項目標，移動產(chǎn)業(yè)都扮演著休戚相關的重要作用，并且這種影響力與日俱增，為數(shù)字經(jīng)濟提供了堅實的基礎，成為多樣化創(chuàng)新業(yè)務的催化劑。
聯(lián)合國分析了ICT與可持續(xù)發(fā)展目標相關性的量化基準，用以衡量ICT技術發(fā)展在多大程度上促進可持續(xù)發(fā)展目標的達成。根據(jù)2019年的評估，ICT技術成熟度與可持續(xù)發(fā)展目標的推進呈現(xiàn)出強相關(相關度為0.86)。目標3(醫(yī)療健康)和目標4 (優(yōu)質(zhì)教育)與ICT技術的關聯(lián)度最高，表明數(shù)字技術在這兩個領域能夠最大限度地提升國家治理能力。
在環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展方面，ICT技術演進深刻影響目標7(經(jīng)濟型清潔能源)和目標11(城市與社區(qū)的可持續(xù)發(fā)展)的達成。世界正在日益城市化，預測顯示，到2030年，城市人口將達到50億，這些人口只占用3%的可居住土地，卻消耗高達60%～80%的全球能源。隨著每比特能效的持續(xù)提升，ICT技術將越來越趨近碳中和，而基于ICT技術的智能電網(wǎng)、智能物流、智能工業(yè)等豐富的解決方案將使未來世界變得更節(jié)能，增進世界發(fā)展的可持續(xù)性。
截至2020年，全球約60%的人口已經(jīng)接入移動網(wǎng)絡。另外的40%，有望在5G和6G網(wǎng)絡中通過融合衛(wèi)星通信等技術實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。舉例來說，5G網(wǎng)絡已經(jīng)嘗試將非地面接入技術融入5G新空口中。而雄心勃勃的星座衛(wèi)星計劃，將集結(jié)成千上萬顆超低軌衛(wèi)星以加強地空通信，并可能在6G時代結(jié)出碩果。通過移動網(wǎng)絡提供的業(yè)務、應用與內(nèi)容，有助于擴大經(jīng)濟融合度、增強社會凝聚力。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機器學習等新興技術，越來越多地集成到網(wǎng)絡基礎設施中，為社會與環(huán)境的深入變革帶來了巨大潛力。由于ICT技術與可持續(xù)發(fā)展目標的高度關聯(lián)性，我們必須全面考慮6G通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡的設計如何支撐可持續(xù)發(fā)展目標的達成。
1.3 總體愿景
通信在短短四十年內(nèi)徹底改變了世界。今天，不僅個人的工作和生活高度依賴無線網(wǎng)絡，企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型也離不開它。隨著最新一代5G技術逐步落地，無線網(wǎng)絡將從聯(lián)接每個人擴展到聯(lián)接萬物。這種超聯(lián)接讓社會的全面自動化成為可能。同時，無線創(chuàng)新的勢頭也有增無減。正如Science, the endless frontier一書所指出的，無線技術的探索永無止境。
未來十年無線技術將不斷創(chuàng)新，基于機器學習的人工智能將會崛起，而把物理世界復刻為數(shù)字世界的數(shù)字孿生也將誕生。人工智能與數(shù)字孿生將形成雙輪驅(qū)動，進一步助推技術的突破。由此產(chǎn)生的6G網(wǎng)絡將重塑社會和經(jīng)濟，為未來的萬物智能奠定堅實基礎。
作為下一代無線通信技術，6G將從人聯(lián)、物聯(lián)過渡到萬物智聯(lián)。隨著社會邁向萬物智能，6G將成為人工智能普及的關鍵因素，將智能帶給每個人、每個家庭、每輛車和每個企業(yè)。
6G就像一個遍布通信鏈路的分布式神經(jīng)網(wǎng)絡，融合物理世界與數(shù)字世界。它不再是單純的比特傳輸管道，在聯(lián)接萬物的同時，也能夠感知萬物，從而實現(xiàn)萬物智能。因此，6G將成為使能感知和機器學習的網(wǎng)絡，其數(shù)據(jù)中心將成為神經(jīng)中樞，而機器學習則通過通信節(jié)點遍布全網(wǎng)。這就是未來萬物智能數(shù)字世界的圖景。
6G將推動所有垂直行業(yè)的全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型。它提供多T比特速率、亞毫秒級時延、“七個九”(99.999 99%)可靠性等極致性能。與5G相比，6G將在關鍵性能指標上取得重大飛躍，部分指標將提升超過一個數(shù)量級。6G將提供速度、可靠性比肩光纖的高性能通用連接，但一切都以無線的方式實現(xiàn)。由于擺脫了功能和性能的限制，6G會成為通用平臺，支持創(chuàng)建任何業(yè)務與應用，最終實現(xiàn)“極致連接”!
6G的顛覆性技術及重大創(chuàng)新，會與前幾代拉開顯著差距。
（作者：6GAIoT）