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vivo 通信研究院 6G愿景、需求与挑战 v iv o 6G 系列白皮书之二 6G愿景、需求与挑战 V1.0 版权信息： 本白皮书版权专属维沃移动通信有限公司（以下简称”vivo“）所有，并 受法律保护。如需基于非商业目的引用、转载、传播或以其他方式合理 使用本白皮书的全部或部分内容，应完整注明来源。违反前述声明者， vivo将追究其法律和商业道德之责任。 目录 第一章 6G 愿景 .6 第二章 2030+ 的数字世界 .8 第三章 物理与数字融合世界的自由连接 .12 第四章 物理与数字融合世界的泛在服务 .16 第五章 终端成为连接物理世界与数字世界的桥梁 .20 5.1 终端是构建数字世界的神经末梢 .21 5.2 终端是物理世界与数字世界相互作用的媒介 .22 5.3 终端提供物理与数字世界融合服务 .23 第六章：6G 关键能力需求和挑战 .25 6.1 6G 系统关键能力 .25 6.2 6G 终端挑战 .28 参考文献 .30 5G在全球开始大规模商用，业界对6G的研究和探索提上日程。 全球各企业、研究机构、高校已经启动了6G愿景需求和潜在技 术的研究，预期到2023年左右，行业将对6G的愿景和需求达 成共识 15 。在vivo 6G系列白皮书之一数字生活2030+中 6 ，vivo通信研究院对2030年及以后与人们生活息息相关的11 个方面进行了发展趋势分析，并呈现了20多个鲜活的场景用 例。本白皮书基于2030年及以后人们数字生活的场景，结合未 来技术发展趋势，给出6G愿景需求的初步观点，并分析6G对 网络和终端的挑战，为达成6G愿景需求的行业共识添砖加 瓦。 引言 01 6 G 愿 景 、需 求 与 挑 战 6G愿景 6G愿景 面向2030年及以后，6G将构建泛在数字世界，并自由连接物理 世界和数字世界，实现二者相互作用和高度融合 4 ，从 而 提 供 丰富的业务应用，促进社会高效可持续发展，提升人类幸福 度。因此，6G愿景是自由连接的物理数字融合世界。 6G愿景建立在通信系统、网络、终端、计算、存储等软硬件基 础 设 施 能 力 高 度 发 达 的 基 础 上 ，所 以 广义6G 将基于ICDT（信 息，通信，数据技术）融合构建软硬件基础设施，支撑物理数 字融合世界 78 。 相比5G移动通信系统， 6G移动通信系统 将融合更多接入技 术，覆盖更广的物理空间，提供更强的通信、计算、存储、数 据等基础能力，支持更多的业务和服务 79 。 6G终端 功能和型态将更加丰富，在构建、连接与融合服务上发 挥更加重要的作用，终端 将成为连接物理世界与数字世界的 桥梁。 2030年及以后，我们将构建什么样的数字世界？物理世界与数 字世界实现多高的连接自由度？物理世界与数字世界高度融 合，提供哪些新的业务和服务，为人们的生活带来什么改变？ 6G终端将在连接物理世界与数字世界中发挥什么作用？实现 6G愿景对应什么样的终端和网络性能需求，因此带来哪些挑 战？在白皮书的第2章到第6章，我们将回答这些问题，给出初 步的6G需求指标，以及6G网络和终端的挑战。 自由连接的物理-数字一体化世界 数字生活2030+ 物理世界 数字世界 6G基础设施 终端，网络，计算机科学、 内存，大数据，人工智能， 应用程序 02 6 G 愿 景 、需 求 与 挑 战 2030+的数字世界 面向2030年及以后，我们将要构建一个什么样的数字世界？信息 与通信技术经历了近30年飞速发展，各行各业都在加速数字化 进程，但当下的各种数字系统仍然是相对局部的、粗放的、静态 的、孤立的，没有形成跨领域、跨部门、全流程互通的完整系 统，所以尚不构成真正意义上的数字世界。面向2030年及以后， 6G将构建一个泛在的、精细的、实时的、融合的数字世界 49 。 2030年及以后数字世界特征描述如下表2-1。 2030+的数字世界 表2-1：2030+数字世界特征 部分的 泛在的 粗放的 精细的 静态的 孤立的 动态实时的 融合的 通 信 连 接 数 目 和 密 度 ，连 接可达性和自由度 连接的综合收益（经济、 社会、战略等方面）大于 连接成本 通信连接的能力（带宽、 时 延 ），系 统 传 感 与 存 储 能力 数据应用综合收益大于维 护成 本（ 采 集 、通 信、存 储） 实 现 精 准 控 制 、高 效 运 作 的物理数字融合世界 实 现 实 时更 新、高 效 运 作 、 安全可靠的物理数字融合 世界 实现互联互通、高效运 作、持 续 发 展 的 物 理 数 字 融合世界 数据分享的收益高于互通 成 本 ，数 据 开 放 安 全 风 险 可控，通过技术及法律法 规打破数据壁垒 系统的AI能力，以及信息 安 全与隐 私保 护、通信能 力，法律法规 数据驱动收益大于数据更 新和存储成本 通信带宽和时延，系统存 储能力 实现万物互联的物理数字 融合世界 主要挑战约束条件需求原由2030+2020年数字化特征 数字化范围 数字化程度 数字化更新 数字化融合 2 0 3 0 年 ，一 座 城 市 ，一 个工 厂，一 座 建 筑 物 ，一 间 教 室 ，一 个人 ，一 棵 树 木 ，一 只昆虫等都可数字化。下面以人的数字化为例，探讨2030年将构建什么样的 “ 数 字人”，如 下 表 2 - 2 。 表2-2：人的数字化 注1：区别于系统峰值速率，上表中的速率需求为用户体验速率需求。 注2：初步判断，2030年存在较大挑战。 人脑数字 化 注2 通信速率 注1 （10 GB/每年，随着阅历丰 富增加 肉眼视网膜精细度级别的 等比例尺寸全息人像重现 30 Gbits每帧图像，每秒 30帧以上 人体各个部位的CT，B超， X光片等数字医疗影像，植 入设备监控 GB n (每个人体部 位），需要秒级别远程传 输或者更新 远程诊疗服务，智慧医疗 管理。 智 能 推 荐 ，衣 食 住 行 等 各 方面的智慧化服务 （100 Kbits - 100 Mbits） n (很多方面的画像)，更 新周期天级别 游 戏 、购 物 、饮 食、阅 读 、 视频等等各方面对人的兴 趣爱好性格特征等综合画 像 智能健康管理， 如 ：智 能 饮 食 助 理 、健 身 助理 约MB n(多个类型) ， 更新周期天级别 体检类、营养类、基因类 信息 身份（户口）类， 如 ：鉴 权 认 证 等 身份、Face ID、照片、“户 口”类信息 基本信息 健康信息 个人画像 数字医疗 全息人像 81011 认知与技能 数字化 纳米级数字 化孪生 注2 约1 MB，更新周期月级别 数字化类型 信息量大小与更新周期 典型应用举例 技术分析 主要内容 到2030年，对人的数字化将从当前基本个人信息和少量数字画 像信息，逐步扩展完善并规范化管理。对人物理层面的数字化 将包括更加丰富的基本信息，实时准确的人体健康数据信息、 超高清数字医影像、全息人像等，以及潜在纳米级的人体特征 等。精神层面则包括更加全面体系化的“个人画像”，个人认知 和技能水平数字化，以及潜在的人脑记忆存储信息的数字化。 个人数据隐私安全保护和规范化访问非常重要，除了更加安全 的技术手段外，还需要政府主管部门建立更加完善的法制体 系，确保个人数字化信息可合理的应用。 随着脑机接口、生物技术和纳米技术的不断发展，对人脑以及 人体器官的数字化水平会不断提升，用于教育、医疗健康等领 域。但是，对人脑记忆和存储精准数字化，以及对人体纳米级孪 生，在脑机接口、纳米技术和生物技术上还存在诸多难题有待 突破，典型通信速率的要求超过Tbps，将成为6G后系统持续追 求的目标。 03 6 G 愿 景 、需 求 与 挑 战 物理与数字融合世界 的自由连接 物理与数字融合世界的连接，包括物理世界与数字世界，物理 世界与物理世界，数字世界与数字世界之间的各类泛在的连接 需求 47 。连接的自由度越高，系统间融合越紧密，带来的相互 作用效果越好。6G将实现如下6个方面连接自由度的提升： 空间自由度： 6G通信系统覆盖区域持续扩展，以及无线 环境 下无缝的连接，将提高连接空间自由度； 时间自由度： 6G通信系统速率持续提升，延迟不断降低，稳 定可靠性进一步提高，将提高连接时间自由度； 范围自由度： 6G通信终端功能和形态更加多样化，成本 体积功 耗以及使用寿命的不断优化，可以实现更多场景和物体的连 接 ，将 提 高 连 接 范 围自由 度； 感 官 自 由 度 ：由 于 6G超高通信速率、算力和传感能力的支 撑，人的通信将进一步实现全感官自由度； 交互自由度： 6G通信能力提升，加持人机接口、脑机接口技 术的持续完善，将进一步提高连接交互的自由度； 财务自由度： 6G通信持续不断的能效、谱效以及综合运 营成 本效率提升，将确保上述各自由度的真正落地，实现连接的“财 务”自由度。 物理与数字融合世界的自由连接 注 1：根据中国移动 2019 年年报，人均 ARPU 值 58 元 /月， 根据国家统计局 数据，我国 2019 年人均 GDP 超过 70000 元 /人 .年。 连接自由度 2020年 2030+ 约束条件 主要挑战 低成本广域覆盖技术、 多接入网络融合设计、 多频多制式终端复杂 度挑战 通信带宽、通信时延、 通信成本、通信可靠性 的挑战 连接数目、连接可达性 挑战；通信能力和信息 安全挑战 通信速率和时延挑战； 高体验人机接口的挑战 体积成本功耗对电池、 材料、工业设计挑战；人 机接口，脑机接口，仿生 技术，AI能力挑战 持 续 降 低 覆 盖 成 本 、网 络运维成本，提高频谱 效率、网络及终端的能 耗效率 单位比特的价值 大于比特价格 考虑通货膨胀的影响， 在人均通信开销不变 的情况下，预期100倍 以上的流量提升 我国为例:人均移动通 信开销相对人均GDP占 比约1% 注1 ，每 人 月 均 流 量超过8 GB 电池、材料、工业设计 支撑；触觉传感、姿势 识 别、脑 机 接口等 相 关 技术的成熟 型态方面:扩展到可嵌 入 、可 植 入 终 端 ；交 互 方面:扩展实现自由触 觉互联，成熟体感交 互 ，初 级 脑 机 接 口 按 键 、触 屏 、语 音 识别、姿势识别、 表情等交互方式逐 渐丰富 触觉、嗅觉和味觉的人 机交互技术达到较好 的体验 现 场 级 听 觉 、全 视 觉 通 信 ； 触觉、嗅觉、味觉等全感官 通信扩展 1811 听 觉 和部分视觉（平 面 超 高 清 、V R ）通 信 连 接 综 合 收 益（经 济、 社 会、战 略 等 方 面 ）大 于连接成本 连接人口渗透率达到 10 0 % 。物 联 节点 数目提 升1 0 0 倍，各 系 统 安 全 互信互通 313 连接全球人口渗透率 约 8 0 % ，物 联 网 终 端 约 1 0 0 亿 ，跨系 统 互 通 率 较低 端到端100 Gbps 用户体验速率 0.1-1 Gbps 1 Gbps 用户面时延 最小1-5 ms 最小0.1 ms 通信性能 选取其中8个可量化能力指标：峰值速率、用户体验速率、时延、连接密度、 可靠性、定位精度、时延抖动、移动速度，6G相对5G关键能力提升如图 6-1。 5G 6G 定位精度 10倍 可靠性 100倍 时延抖动 100倍 时延 10倍 移动速度 5倍 图6-1：6G系统关键能力提升示意图 6G终端将成为连接物理世界与数字世界的桥梁，未来终端发展将呈现泛在化、智能 化、轻量化、多样化等特征 14 ，对应的问题和挑战包括： 泛在覆盖需求与上行覆盖受限的矛盾； 泛在连接场景带来的部分场景下对终端成本体积功耗的苛刻需求； 全频段多制式高吞吐量对终端成本体积功耗的挑战； 用户多终端协同体验提升问题； 小型化终端的AI能力受限问题； 个人隐私安全与数据共享红利的矛盾； 电池和供电技术有待突破； 传感、存储以及显示能力的技术瓶颈； 人机接口和脑机接口有待突破； 健康和安全使用问题。 面向6G，终端需要解决的4个关键难题包括：上行覆盖问题，成本体积功耗问题，泛在 智能问题，几乎“0”功耗通信问题。 vivo将携手行业伙伴，丰富未来应用场景，结合技术发展趋势，形成行业共识的6G需 求指标，并持续开展6G关键技术的探索和研发。 6.2 6G终端挑战 缩略语 AI Artificial Intelligence 人工智能 AR Augmented Reality 增强现实 ARPU Average Revenue Per User 每用户平均收入 CAPEX capital expenditures 资本性支出（基建费用） CDN Content Delivery Network 内容分发网络 GDP Gross Domestic Product 国内生产总值 ICDT Information，Communication and Data Technology 信息，通信和数据技术 IMS Internet protocol Multimedia Subsystem 互联网协议多媒体子系统 MEC Mobile Edge Computing 移动边缘计算 NEF Network Exposure Function 网络开放功能 OPEX Operating Expense 营运资本 QoS Quality of Service 服务质量 TxRP Transmission Reception Point 发射接收点 VR Virtual Reality 虚拟现实 1 “2030+愿景与需求报告”. 中国移动研究院. 2019 2 5G evolution and 6G. NTT DOCOMO, INC. January 2020 3 The Next Hyper- Connected Experience for All. Samsung Research, 2020 4 Beyond 5G Promotion Strategy, Ministry of Internal Affairs and Communications, Japan, June 2020 5 6G R&D Strategy, MSIT of Korea, August 2020 msit.go.kr/web/msipContents/contentsView.do?cateId=_policycom2&artId=3015098 6 2030+ 数字生活，vivo通信研究院， Oct. 2020 7 多视角点绘6G蓝图 (White Paper), Future Forum, 2019 8 Key Drivers And Research Challenges For 6G Ubiquitous Wireless Intelligence (White Paper).Oulu, 2019. 9 刘光毅等. “6G愿景与需求：数字孪生、智能泛在”.移动通信, 2020 10 Focus Group NET-2030. Network 2030: A Blueprint of Technology, Applications And Market Drivers Towards The Year 2030 And Beyond. ITU-T, 2020 11 Focus Group NET-2030. Representative use c ases and key network requirements for Network 2030. ITU-T 2020 12 Chen S Z, Liang Y C, Sun S H, et al. Vision, requirements, and technology trend of 6G: How to tackle the challenges of system coverage, capacity, user data-rate and movement speed. IEEE Trans Wireless Communication, 2020 13 毕奇. 移动通信的主要挑战及6G的研究方向. 移动通信, 2020 14 Preliminary peek at B5G & 6G Terminals (White Paper), Future Forum, 2019 15 Xiaohu You, et al. “Towards 6G wireless communication networks: Vision, enabling technologies, and new paradigm shifts”, Science China- Information Sciences, 2020 16 Baiqing Zong, et al. “6G Technologies, Key drivers, Core requirements, System Architectures, and Enabling Technologies”, IEEE Veh Technol Mag, Sep. 2019 17 Zhang Z Q, Xiao Y, Ma Z, et al. 6G wireless networks: Vision, requirements, architecture, and key technologies. IEEE Veh Technol Mag, 2019 18 W. Saad, M. Bennis, and M. Chen, “A vision of 6G wireless systems: Applications, trends, technologies,and open research problems,”IEEE Network, Oct. 2020. 19 Harish Viswanathan, Preben Mogensen, “Communications in the 6G Era”, IEEE ACCESS, 2020 20 3GPP TR 37.910, “Study on self evaluation towards IMT-2020 submission,” Jun. 2019 21 Recommendation ITU-R M.2083，“Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond”, Sep. 2015 参考文献