6G愿景：統一網絡賦能智慧城市群

（東南大學，江蘇 南京 210096）

移動通信已經融入現代人的日常生活。移動通信的能力不斷發展，從剛開始專注于滿足人與人的連接，發展到滿足人與物的連接，再進一步發展到全面解決物與物的連接。自移動通信興起以來，每隔10年，新一代移動通信開始大規模商業部署，為用戶提供更強大的連接能力和新的功能。根據歷史經驗和業界規劃，6G將采用最新的技術，滿足2030—2040年乃至更長時間的應用需求。

國際電信聯盟（ITU）為5G定義了3種業務場景：增強移動寬帶（eMMB）、海量機器類通信（mMTC）和高可靠低時延通信（uRLLC）[1]。5G采用了大規模多輸入多輸出、新型多載波、全頻譜接入、網絡切片等新技術[2]。從5G開始，移動業務從以個人業務（2C）為主轉向個人業務和垂直行業（2B）并重[3]。2C和2B對移動通信的需求和應用場景各不相同，5G有望推動移動通信首次2B大規模應用。

目前，5G已在各國陸續大規模部署應用，同時6G技術研發正蓬勃興起[4-5]。智慧城市群是世界各國未來發展的必由之路。為了滿足2030—2040年乃至更長時間內2B和2C并重的應用需求，6G將提供全覆蓋、高效率、高可靠、強安全、低成本、低功耗和易維護的統一網絡。

1 城市群是必由之路

城市群是若干特大城市和大城市集聚而成的龐大的、多核心、多層次城市集團，是大都市區的聯合體。美國的城市群非常發達，這些城市群的居住人口集中度高，全美大致可分為11個城市群[6]。根據2010年的統計數字，最大的5大湖區城市群人口接近6 000萬，第2大的東北部大西洋沿岸城市群人口超過5 000萬，第3大的南加州城市群人口接近2 500萬。美國前3大城市群的人口總和占全美總人口的比例超過40%；全部11個城市群的人口占全美總人口的比例為77%。前幾大城市群不僅是人口高度集聚的地方，也是美國經濟和科教文衛等各項事業最發達的區域。

如圖1所示，中國的長三角、珠三角、京津冀、成渝、長江中游等19個城市群以25%的土地集聚75%的人口（其中城鎮人口占比為78%），創造88%的國內生產總值（GDP）；但是，大部分城市群建設尚不成熟[7]。長三角城市群是國際公認的6大世界級城市群之一，但從全球維度來看，長三角人均GDP、地均GDP等反映效率和效益的指標與其他世界級城市群相比仍存在明顯差距；因此，城市群的發展質量和國際競爭力還有待進一步提升。

2010年上海世博會的主題口號是：城市，讓生活更美好。隨著中國城市化進程的加快，許多城市正經歷深刻變革。從長三角、珠三角到京津冀，城市群正在蓬勃發展。城市之間共享資源、互相開放市場，并進行優勢互補，以實現共同繁榮和可持續發展。智慧城市群是一個美好的愿景，可以讓人們享受跨越城市的幸福生活，它需要智能基礎設施的支持，這包括互聯的交通網絡、智能樓宇、可持續的能源以及數字化工廠。2016年12月15日，中國國務院印發《“十三五”國家信息化規劃》（簡稱《規劃》），《規劃》強調“支持特大型城市對標國際先進水平，打造世界級智慧城市群”[8]。

2 通信是公共基礎設施

圖1 中國5大城市群

傳統的城市公共基礎設施主要包括自來水、電力、燃氣和交通。隨著信息化時代的到來，通信已成為人們日常生活的必需品。通信網絡成為第5大公共基礎設施，已走進千家萬戶。對城市管理部門而言，城市公共基礎設施的建設和維護是重要職責。目前，由于不同的基礎設施由不同的部門分別建設和管理，絕大部分城市公共基礎設施的信息感知、傳輸、分析、控制仍處于各自為政現狀，缺乏統一的平臺。

對比單個城市，不管是在中國還是在其他國家，城市群的公共基礎設施更加缺乏信息互聯互通，難以實現資源共享，幾乎無法形成協同效應。智能城市群的建設和快速發展迫切需要建立有效的實時和準實時的信息共享機制。2019年3月11日，中國移動通信廣東公司提出，將積極落實粵港澳大灣區戰略，應用大數據、云計算、人工智能、物聯網等技術，加強信息和數字經濟領域的科技創新，助力大灣區智慧城市群建設[9]。這是運營商高層明確提出采用信息通信技術來促進智慧城市群發展。2019年6月，中國移動發布《5G+智慧城市白皮書》[10]。該白皮書強調指出，5G讓智慧城市發展迎來了新契機。城市中的人、物、組織都將變成智慧體，5G將為城市智慧體提供隨時隨地的連接能力；但該白皮書并沒有闡述5G賦能智慧城市群的問題。

3 統一網絡與業務場景

圖2 6G統一網絡賦能智慧城市群建設和綠色發展

圖3 6 G統一網絡架構

如圖2所示，6G需要具備滿足未來智慧城市群的建設和綠色發展需求的能力。我們認為，賦能智慧城市群應該成為6G最重要的愿景。如圖3所示，6G以陸地移動通信網絡為核心，深度融合以地球同步軌道和中低軌道衛星通信為主的天基網絡、以飛機和無人機通信為主的空基網絡、以水聲通信為主的海基網絡以及以光纖、雙絞線、同軸線為主的有線接入等多種方式。6G將無線和有線的多種媒介統一接入，使用戶數據盡可能在底層實現交換，大幅縮短路由選擇和交換所需的時間，從而減少不同接入網用戶的端到端時延。

作為城市群的基礎設施之一，6G網絡可由多家運營商投資共建，采用網絡虛擬化技術、軟件定義網絡和網絡切片等技術將物理網絡和運營網絡（或稱邏輯網絡）分離。人工智能（AI）深度融入6G系統，將在高效傳輸、無縫組網、內生安全、大規模部署、自動維護等多個層面得到實際應用。

如圖4所示，在5G 3種業務場景劃分基礎上，為實現全覆蓋全連接并構建統一網絡，6G支持第4種業務場景：廣覆蓋高時延通信（BCHLC）業務。這種通信業務的特點是覆蓋區域特別廣但傳輸時延大，例如中低軌衛星移動通信和水聲通信。通過采用新型的無線技術和網絡技術有望進一步顯著提升第四種業務的性能和效率，并能夠大幅降低部署與運營成本。

4 結束語

通信持續快速發展進步，已經成為城市和國家的基礎設施之一。6G采用統一網絡架構，引入新業務場景，構建更高效更完備的網絡。智慧城市群的發展對6G設計提出新需求。采用新技術新架構的6G網絡，將強有力地促進智慧城市群發展壯大和完善。6G大規模部署應用有望促使億級的人員、千億級的貨物、萬億級的資金、萬萬億級的資訊和數據在智慧城市群之內和之間的流動更順暢更高效，促成用戶的沉浸式體驗。

圖4 6G業務場景