6G 趨向：時空信息全球無縫、智能泛在發展

◎ 陳陽

通信是信息技術和產業發展的“高速路”。移動通信技術推動著信息技術產業的快速發展，改善了人們的生活水平，促進了社會的發展和繁榮。時下，隨著5G 的部署和商用，其已在礦山、工廠、醫療、教育、交通等領域得到初步應用落地。時空信息也在與5G 融合發展中，朝著智能和泛在的方向邁進。

● 邢建平向中國工程院劉經南院士（左一）、中國衛星導航定位協會首席專家曹沖教授（右一）展示北斗新時空精準應用實訓平臺

中國工程院院士張平曾表示：“4G 使通信觸達能力達到空前的高度，遠隔萬水千山也可通過無線網絡連接。5G 將人與人的通信擴大至人與物的通信、物與物的通信、機器與機器的通信，把萬物都賦有一定的通信功能，并且可以依據數據做出決策。5G 是人機物互聯，是人類社會空間、信息空間及物理空間的交互過程，5G 從這個維度上改變了社會。”

4G 改變生活、5G 改變社會，那么6G 會改變什么？移動通信領域的發展節奏歷來是“使用一代，建設一代，研發一代”，自5G 落地應用以來，世界各國紛紛開始對下一代移動通信（6G）探索研究。

在日前召開的第31 屆中國國際信息通信展覽會上，工業和信息化部部長金壯龍表示，工業和信息化部將加快新興產業培育，搶占未來新優勢，持續增強移動通信、光通信等領域全產業鏈優勢，鞏固優勢產業領先地位，前瞻布局下一代互聯網等前沿領域，全面推進6G技術研發。

山東大學微電子學院特聘教授、創新創業學院執行院長邢建平認為，5G 高速率、低時延、寬連接等特點有效增強和拓展了時空信息技術的應用能力和范圍，諸如工業互聯網、車聯網等融合應用已經落地。在可預見的未來，隨著5G的不斷普及應用和建設優化，尤其是未來6G 的建設落地，智能化、融合化的趨勢將進一步加強，有望實現定位、導航、授時服務的全球無縫和智能泛在。

增強和拓展 5G賦能時空信息

邢建平一直從事北斗導航、通信網絡、車聯網等方向的應用技術研究，目前承擔著北斗星動能國家重點研發課題。他告訴記者，5G是實現人機物互聯的網絡基礎設施，從多個維度全面賦能時空信息融合應用。

首先，與4G 網絡相比，5G具有更大的傳輸容量、更高的傳輸速率，5G 網絡下載速度可達到1Gbps～10Gbps；而4G 網絡的下載速度通常在10Mbps～100Mbps。因此，在同樣的時間內，5G 網絡能夠傳輸數據量更大、種類更豐富的信息。

在4G 網絡時代，導航定位服務主要是在人與人之間，所需要傳輸的數據量較小和數據種類相對單一，但5G 時代，定位導航需求從人與人、人與物拓展至物與物之間，定位導航信息不再是單向傳輸，而是雙向同步，且定位導航服務所需求的數據種類也不再是傳統的二維地圖信息，甚至3D 地圖數據、視頻傳感器數據等，這就對通信網絡的傳輸能力提出了新的要求。5G恰恰呼應和滿足了這一需求，這就使得自動駕駛、車聯網以及工業互聯網等應用場景得以在5G 時代逐漸落地。

其次，5G 高可靠低時延通信（URLLC）可使關鍵基礎設施和計算機之間的往返延遲小于1 毫秒，在具體業務應用場景下可達到10 毫秒以下的端到端時延。毫秒級的時延對于工業自動化和自動駕駛領域可以說至關重要。

以自動駕駛為例，無人駕駛時，高精度地圖需要具備輔助完成高精度的定位功能、道路級和車道級的規劃能力，以及車道級的引導能力，并且需要實時更新。攝像頭、傳感器等采集到的信息將會通過通信手段在云端做交互，使地圖更加智能，通行效率也更高。

此外，5G 網絡對于導航定位服務具有明顯的增強和優化功能。我國的北斗衛星導航系統比較好地解決了室外空間的可靠定位需求，但在城市峽谷、室內空間等復雜環境下，導航信號無法實現有效覆蓋和可靠服務，而基于5G 通信網絡的信號增強和高精度定位技術則有效地彌補了導航信號在城市空間和室內定位的“服務盲區”。不僅如此，基于5G 通信網絡，還能夠有效增強導航定位精度，實現城市空間動態厘米級、靜態毫米級的導航定位精度。

當然，5G 并不是萬能的，目前，5G 也在不斷建設優化，并向下一代移動通信（6G）演進。5G 的通信服務仍然受限于地面基站，在人口分布稀疏的地區及戈壁、山區等特定環境下，5G 信號不能覆蓋，其應用服務場景自然也就受限。

更值得關注的是，低空、海域等環境是目前通信和導航服務共同的薄弱環節，這也是6G 和新一代國家綜合時空體系需要解決的重點和難點問題。邢建平提到，2022 年，他帶領團隊，在距離海岸30 多千米的地區，嘗試將通信和定位導航技術融合應用于海洋牧場的運營管理，取得了較好的效果，但這也僅限于近海區域，在遠海區域的通信和導航定位服務仍有待突破。

“ 特別值得一提，或者說需要重點聚焦的是5G 專網的建設和應用。”邢建平認為，與4G 不同，5G 除了更高的速度之外，還有超可靠低延遲通信、大規模機器通信的特性。此外，5G 還具有以前不存在的巨大優勢，稱為網絡切片。

網絡切片是創建虛擬獨立網絡的功能，在邏輯上實現單個物理網絡分開。因此，5G 非常適合通過單個網絡為具有不同通信屬性的企業或部門的每個應用場景（如應急救援、車聯網、工業互聯網等）創建多個專用網絡。

在第31 屆中國國際信息通信展覽會上，相關部門負責人也表示將加快5G 行業虛擬專網建設，深入實施5G 應用“揚帆”行動，進一步豐富拓展5G 應用場景，深化工業互聯網融合，完善工業互聯網技術體系、標準體系、應用體系，打造一批5G 工廠，大力推進制造業智能化、綠色化、融合化。

全球無縫與智能泛在6G時代的PNT服務

我們常說，5G 開啟的是一個萬物互聯的新時代，但受限于網絡覆蓋、運營成本、傳輸能力等多種因素，目前，5G 網絡仍無法實現理想狀態下的全球無縫與萬物互聯，而未來的6G 將有望彌補5G 的不足，從而滿足更高難度和更多樣化的需求。

邢建平介紹，6G 網絡將是一個地面無線與低軌衛星通信集成的天地融合一體化網絡，通過將衛星通信整合到6G 移動通信，實現全球無縫覆蓋、世界互聯、萬物智聯。低軌衛星通信能夠有效擺脫對地面基站的依賴，基于通導融合、通感融合，PNT（定位、導航、授時）服務也將實現全球無縫覆蓋，此前諸如高山密林、城市峽谷、室內空間、遠洋海域等PNT服務的 “盲區”，都有望得到填補。

●邢建平指導學生國際創新創業大賽iCAN 競賽創新項目

“ PNT 需求與通信技術是緊密相關的，定位、導航、授時需求往往是確定主體與參照物的時空關系，而這個參照物可以是人也可以是物，這就必然涉及人與人、人與物的信息互動，所以PNT 服務過程中必須有通信的參與。通導融合也不是5G 時代出現的新概念，而是PNT 服務的必然要求，隨著5G 時代乃至未來6G 時代的到來，通信與PNT 服務的融合將進一步加深，從而衍生出更多的智能化應用場景。”邢建平說道。

不僅如此，據《6G 典型場景和關鍵能力》白皮書介紹，從6G關鍵能力看，6G 的主要無線性能指標將在原有5G 的基礎上實現十至百倍提升，引入智能服務效率、感知精度、全域覆蓋能力等全新性能指標，融合通信、計算、感知等能力支持各類智能化服務。

例如，6G 的網絡速率將從5G的1Gbps～10Gbps 提升至Tbps 量級，能夠有效滿足高級別自動駕駛（無人駕駛）、數字孿生、元宇宙、萬物互聯等新興業務場景的超高速率傳輸需求。

邢建平特別提到，從6G 系統設計角度看，6G 新技術根據功能特性和定位可分類為無線通信、無線網絡、功能與架構和系統組網四大方向。其中，無線通信定位在點對點通信，目標是提升頻譜效率、峰值速率和接入用戶數。無線網絡定位在多點對多點組網，目標是支持多頻段多制式、拓展微域和盲區覆蓋能力和網絡感知能力。功能與架構定位在信息通信網絡架構理論體系，通過平臺化、結構化、服務化、內生設計等技術手段，實現網絡至簡和結構熵減，以及與5G 的平滑代際演進和前后雙向兼容。

面向全場景，融合全要素，實現全領域的資源和能力貫通，實現信息流的全過程服務。系統組網定位在貫通物理和數字空間，在系統層面實現自生長、自優化、自演進。向集中+分布協同轉變，按需擴展，即插即用，實現柔性網絡組織。端到端系統節能，提升能源和資源利用率。網業融合，實現能力內化與開放共生。

因此，可以預見6G 和時空信息融合應用將實現普適化、可配置，從而走向大眾，實現真正意義上的智能泛在和萬物智聯，那時，時空信息融合應用將像“自來水”一樣，即取即用，用戶屬性也將從專業人員擴充至普通大眾，用戶量級將實現指數式增長。

此外，6G 在互聯網資源以及安全性、可靠性等指標上將進一步提升，真正意義上可信賴、可追溯、可計算的高效移動網絡將變為現實，這也將為時空智能的泛在應用提供堅實的網絡基礎。

當然，6G 愿景未必會在短期內實現，有專家預計，我國有望在2030 年前后實現6G 的大規模商用。無獨有偶，今年3 月份，中國衛星導航系統辦公室稱，2035 年前建成以下一代北斗系統為核心，更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合時空體系，提供基準統一、覆蓋無縫、安全可信、便捷高效的定位導航授時服務，為未來智能化、無人化發展提供核心支撐。

6G 將是一個端到端的信息處理與服務系統，其核心功能將從信息傳遞擴展到信息采集、信息計算與信息應用，提供更強的通信、計算、感知、智能和安全等多維內生能力。這與新一代國家綜合時空體系中“更加泛在、更加融合、更加智能”的要求不謀而合。

6G 是一個需求驅動、泛在融合的通信系統，新一代國家綜合時空體系也并不是北斗的“獨角戲”，而是融合多種定位、導航、授時技術手段的綜合時空體系。雙方在感知、計算、智能和安全等多方面有著優勢互補、互相賦能的需求，這就決定了6G 和新一代國家綜合時空體系將在發展中走向深度融合。

從天空地海到虛實共生6G+時空信息值得暢想

6G 和時空信息的深度融合與雙向賦能是技術發展的內在需求和必然趨勢，而雙方深度融合有望構建出的天空地海一體化時空信息感知網絡能夠在應用市場激起多么大的漣漪呢？邢建平表示，這取決于需求市場的想象力。

6G +時空信息所構建的天空地海時空信息感知網絡，將通信、時空信息的應用“疆域”拓展到了全球全域。比如，在低空領域，隨著通信和PNT 服務的全覆蓋，人類的生產生活可能會向低空擴張，可以預見，未來低空智慧交通、智慧物流有望像地面交通、物流一樣成為日常生產生活的一部分。

遠洋海域目前是通信和PNT 服務的薄弱環節，也是人類生產生活相對較少的區域，而6G 和時空信息的覆蓋，也將助推人類生產生活足跡向遠洋區域邁進。不僅如此，目前，在現有通信和PNT 服務體系下，高山密林、遠洋海域等復雜環境下充滿不確定性的應急救援工作，也將變得更加簡單和高效。

6G 時代的突出特點可能就是智能和泛在，而且智能和泛在不僅存在于物理世界，還將延伸到虛擬世界。邢建平認為，數字孿生以及元宇宙是6G 時代一個可期待的重要愿景。通過數字孿生將形成“雙世界架構”，即真實的物理世界和虛擬世界，兩者的需求相對應，實現真實世界在虛擬世界的映射。

甚至，數字孿生可能不止于外部世界，還能延伸至人體，在虛擬世界中對人類的各種差異化特征進行數字化抽象與表達，并建立每個用戶的全方位立體化模擬，實現人體的數字孿生，從而實現更具想象的人機互聯、萬物智聯。

6G 改變世界可能是多維度、深層次的改變，諸如精準醫療、全息通信、元宇宙等頗具科幻色彩的場景，都可能在6G 時代逐一實現。“想象和愿景是驅動技術創新發展的重要動力，因此，愿景不妨看得更遠一點，然后再回到現實，逐一去突破技術難點。”邢建平認為，目前6G 尚處于前期探索和研發階段，但仍然應該去前瞻思考和布局。

6G 通信網絡強連接、強算力、強智能、強安全“四強”能力特征更加顯著。比如，6G 時代算力至少是5G 時代的100 倍，帶寬等技術指標能夠達到10～100倍的提升。這些都對算力提出了更高的要求，因此，在算力網絡建設和高精芯片攻關上提前部署，是很有必要的。

此外，相關標準的研究和探討也應該先行部署，包括6G 通信相關標準和可能衍生的主要應用領域的標準和規范，諸如車聯網、物聯網、低空交通物流等領域的標準和規范，都應該提前部署，為6G 應用的全面落地鋪好道路。

● 邢建平主持的項目榮獲2019 年度衛星導航定位科技進步獎一等獎

6G 時代，人機互聯、萬物智聯的深度和廣度將進一步加深，必然涉及多行業領域的數據資源流通與共享。就目前數據現狀來說，數據資源的流動和共享是一個“老大難”問題，也是制約數字經濟發展的一個重要因素。如何在保證國家關鍵數據安全的前提下，做到多行業數據資源共建共享，讓數據資源像水資源一樣流動起來，激活市場應用潛力，是值得當下及未來深入思考和建設優化的重要方面。

在通信技術方面，無線蜂窩大規模天線、太赫茲、動態頻譜共享、通信感知一體化等技術方向也都是6G 發展的關鍵技術，也值得提前關注和部署。

“ 6G 的愿景很美好，但我們至少需要跨越十余年的光陰去追尋。目前，5G 技術及其融合應用尚有許多空間有待挖掘和建設，遠沒有達到完美的地步，還需要持續探索和演進。我們對于6G 的需求暢想、技術探索，以及標準化、產業化研究將是一個漫長的過程，但作為科技工作者必須走上賽道，向前尋覓。”邢建平如是說。