朱伏生畅谈移动通信的趋势和挑战

日前，由未来移动通信技术标准及产业发展推进委员会主办，广东省新一代通信与网络创新研究院承办，高通公司特别支持的第四届“5G和未来网络战略研讨会”在广州日航酒店举行。

广东省新一代通信与网络创新研究院院长朱伏生在出席峰会时表示，6G应用主要应用分为消费互联网、行业互联网、应急通信和泛在互联网。朱伏生预测，6G网络至少要到2020年才会开始研发，2030年方能正式投入商用。

此外，在介绍6G候选技术时，朱伏生认为，人工智能广泛应用于6G；6G不能仅仅视为一种无线通信技术，而是激活了带宽达到400THz的可见光谱资源；MIMO/Massive MIMO 仍然是提升容量的重要手段等。

移动通信的趋势和挑战

从2G引入数据能力以来，移动通信逐步过渡到数据时代，面对的是60%以上的移动数据年消耗增加。 VR/AR业务更是单用户数据带宽要求几百M甚至上Gbps。 而对高清视频、VR/AR沉浸式内容即便是5G也仅仅有可能改变现状、实现部分用户的期待。

6G时代，则意味着真正物物通信的开始，可以满足无所不在的任意设备之间的信息传输，人类真正的告别互联网时代，进入物联网时代。

移动通信跨界融合越来越普遍。CT、IT、DT技术大融合，通信网会融合各种最新 的技术，比如虚拟化、人工智能、区块链等。 天与地融合，卫星通信与蜂窝通信也开始融合。 人类活动轨迹都需要通信，对人希望感知的地方也需要。

随着网络架构越来越开放，内容与网络的深度融合，促使网络架构极度开放，内容随处接入；MEC+CDN远离核心网实现就近接入；MEC+GPU替代终端进行集中渲染；基站CACHE缓存，Wi-Fi AP缓存等。

传统的PSTN/PBX交换机，没有复杂的上层管理，即便外网down掉，本地可以继续使用。 从2G/3G发展以来的各代移动通讯架构，更为复杂，鉴权 ，用户属性和移动性描述，使得业务的集中性更强。但系统也更脆弱和安全性更差。

考虑5G/B5G/6G对行业的重要性，简易的系统总是更安全。朱伏生认为，简约即美，通过简约设置可以实现三大安全。

一是对生物体的安全。 移动通信的各种电磁波辐射总是存在的，目前明确在GHz作用的频率影响较小，但微波甚至THz级别的还需要研究。

二是信息的安全。隐私泄露后造成的危害越来越大，黑产成为一个庞大的产业，促使信息安全、隐私保护越来越严，使得对用户数据、运营数据都要进行严格的保护。

三是产业的安全。通讯业是一个美国主导的全球化产业。美国的制裁、布拉格会议(5月2-3日，32个国家参加)需要从业者产生更多思考。

不同网络的行业应用者对网络QoS有需求，运营商需要依托设备商来满足需求，但不同厂家之间的协调会成为一个瓶颈。这就需要既懂得网络设备特性、网络运营特点和行业业务需求的第三方出现， 有机结合行业痛点和网络运营特点， 有效的调整网络设备参数，最优的满足行业业务需求。

在市场方面会呼唤网络能力开放，超级业务编排，行业安全保证等新需求。

6G的愿景思考

6G除了对5G定义的8个指标进行了描述，引入了总频谱支持能力和基站算力需求。 使用频率带宽反应了最后设备能够达到和管理的能力。 基站算力是为了分析虚拟世界的支持能力，暂时以核心算法处理来衡量。特别是MEC，AI，BlockChain引入后，对5G/6G都是比较大的需求。

6G的能力场景主要划分为三大方面：一是基于通讯个体的自适应模式选择。 通讯个体对周围环境进行认知，通过AI选择合适的方式发起通讯请求。二是通讯场景描述贡献服务。类似于代理进行业务扩大和信息收集，例如志愿提供服务的终 端对基站附近的环境进行感应和分析，包括拍照和雷达探测，将周 围的场境情况同步给基站。基站形成了一个周边环境的动态3D图 (4维)，对终端需要的无线频谱，信道路径都作出最优选择。三是网元独立工作能力。当网络在传输链路中断或系统核心网故障，本地具有部分业务能力，保障本地的呼叫，关键行业应用能正常进行。

6G 承载的业务将进一步演化为真实世界和虚拟世界这2个体系。 真实世界体系的业务后向兼容5G中的eMBB、 mMTC、uRLLC等典型场景，实现真实世界万物互联的基本需求。虚拟世界体系的业务是对真实世界业务的延伸，与虚拟世界的各种需求相对应。 6G 创造的虚拟世界能够为每个用户构建AI助理 (AIA，AI assistant)，并采集、存储和交互用户的所说、所见和所思。

虚拟世界体系包括: 虚拟物理空间(VPS)、虚拟行为空间(VBS)、 虚拟精神空间(VSS)。Genie 存在于的虚拟世界体系，不需要人工参与即可实现通信和决策制定。Genie 基于实时采集的大量数据和高效机器学习技术，完成用户意图的获取以及决策的制定。

6G应用主要分为消费互联网行业互联网、应急通信和泛在互联网。2018年3月份，工信部部长苗圩透露，中国已开始着手6G移动通信技术的研究。朱伏生预测，6G网络至少要到2020年才会开始研发，2030年方能正式投入商用。“2018年启动6G概念研究；2020年正式开始研发6G技术；2030年开始6G商用。”

6G候选技术分析

在6G候选技术分析中，朱伏生重点介绍了6G和人工智能 、可见光覆盖、THz频谱的开发、OAM轨道角动量 、MIMO/Massive MIMO、同时同频全双工技术和频谱管理和区块链等技术。

朱伏生认为，人工智能广泛应用于6G。无线信道分析和物理层算法利用AI算法。基站对周围环境通过AI进行语义描述，分几个层面。基站360VR实时描述;地图结合不可 见部分进行语义描述;周围运动物体的辅助描述请求（例如汽车）。对无线网络的维护采用AI算法进行业务量发展，规划，运营及维护等进行新一代技术的应用 ，降低OPEX（人力和能源消耗）。

在行业应用AI方面，朱伏生认为，对安防，继续将MEC下沉到基站，本地具有识别能力，各种服务器提供异构体支持各种人识别，动物识别，车辆识别, 灾害预警等业务。6G会建立智能制造本地业务，智能规划企业所需的通讯需求，本地频率需求及申请。此外，6G将延续5G中无人机和AI的结合，并将应用广泛化，解决5G难以完成的应用。

在朱伏生看来，6G不能仅仅视为一种无线通信技术，而是激活了带宽达到400THz的可见光谱资源。 拓展下一代宽带通信的频谱，抢占空白频谱、有效利用资源。与照明、显示产业深度耦合，为通信带来独特优势。白光对人眼安全；无电磁污染，可以应用在电磁敏感环境（飞机、医院、工业控制）； 可见光通信兼具照明、通信和控制定位等功能，符合国家节能减排战略；频谱无需授权即可使用；可见光通信适合信息安全领域应用。 可见光通讯的业务场景可以覆盖水下，高楼覆盖（宏基站一般覆盖很差）等。同时，朱伏生认为，6G技术的可见光覆盖仍有需要解决的问题，器件问题，电力线和业务流的产业结合问题，上行链路设计问题。

在谈到THz频谱的开发方面，朱伏生指出，“中国经过多年研究，在THz的产生，器件和生态链方面取得很大进展。每2年一届的中国泰赫兹研究大会，到2018年10月，进行了4届。也在THz通讯领域进行了很多研究成果。根据研究成果，THz通讯会对backhaul，relay方面产生直接影响。如果能解决方向性问题，预计可解决6G的小区覆盖容量问题。部分研究也表明，THz信号也能够通过反射波接受和恢复数据，这对移动组网是个好消息。”

朱伏生进一步表示，“凭借THz技术的发展，我们可以期望获得Tbps的空口传送能力。经过理论和实验，1GHz带宽可超过50Gbps， 采用Massive MIMO在更宽带宽下，预计可以50*8(MIMO带来的增益)*2.5GHz=1000Gbps。”

传统的调制技术，使用频率、时间、码型和空间等资源作为自由度，而OAM调制技术将载波携带的OAM模式作为调制参数。利用OAM模式内在的正交性，将多路信号调制在不同的OAM模式上，根据模式的不同区分不同的信道。由于具有OAM的螺旋波束可以构成无穷维的希尔伯特空间，因此理论上同一载频利用OAM复用可获得无穷的传输能力。

OAM复用的频谱利用率远远高于LTE、802.11n和DVB-T。朱伏生透露，“OAM轨道角动量的研究主要包括四方面：OAM波的调制产生和发射，特别是不同本征值； 传输特性研究；检测和信号复原和组网的研究。”

朱伏生认为，MIMO/Massive MIMO 仍然是提升容量的重要手段 。“MIMO 技术通过多流实现容量的提升，对4G来说表现出很有效的方法。但对于5G来说，容量还是受限，特别是人口密集使用区，如高楼，体育场，大型车展或商场，通信量巨大。于是 Massive MIMO通过区域性的分开终端用户所对应天线，从而达到大大提高容量的目的。

本质上是将多个小型的MIMO基站（例如8*8），组合形成大的基站集（例如32*32=16* （8*8），即为16个MIMO基站），注意容量并不是倍数关系。可以包括全向MIMO，定向MIMO。6G要保持高吞吐量，当毫米波，THz引入后，预计Massive MIMO天线数可以继续增大， 例如192，1024等。形式也可能是大型智能表面（LIS），附着于建筑物表面。

在谈到同时同频全双工技术时，朱伏生指出，从理论计算获知，TDD和FDD的频率浪费都在50%以上。频率资源的稀缺性，使得本技术研究有必要；根据业界研究的现在水平，频谱效率可以提升80%以上。朱伏生表示，目前存在的困难主要是：多天线MIMO全双工 :多通道的射频域抵消电路成本、体积；环境适应能力，自干扰信道变化，实时跟踪收敛抵消；全双工组网，基站间干扰消除，终端间干扰消除；帧结构和资源调度；全双工器件和芯片: 连续可调时延器，没有货架芯片；射频域抵消器件的非线性较高。

此外，朱伏生认为，除了公共licensed频谱外，随着网络越加致密化，基于区块链的对一些不用的频率的动态频谱共享技术是趋势。通过集中的频谱访问数据库系统来动态管理不同类型的无线流量，以提高频谱使用效率。 区块链是分布式数据库，无需中央中介即可安全更新。对于需要本地频率的机构，设置LBRS，可以用于智能制造和现代医院等场合，满足本地高可靠性及保密通信的需求。