【摘要】5G作為我國(guó)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重點(diǎn)突破領(lǐng)域，在系統(tǒng)級(jí)的研發(fā)方面走在了世界的最前列。文章介紹了5G技術(shù)框架與應(yīng)用創(chuàng)新，以及我國(guó)在5G技術(shù)發(fā)展中突出的貢獻(xiàn)。隨著5G的大規(guī)模商用，6G已經(jīng)成為新一輪科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。我們要推進(jìn)全場(chǎng)景5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用，為未來(lái)6G發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

　　【關(guān)鍵詞】5G;技術(shù);應(yīng)用;6G;研究

　　一、5G技術(shù)框架及應(yīng)用創(chuàng)新

　　(一)移動(dòng)通信發(fā)展歷程、核心技術(shù)及應(yīng)用特征

　　移動(dòng)通信整體的發(fā)展脈絡(luò)，從1G到5G，實(shí)際上跨越三個(gè)階段，應(yīng)用特征發(fā)生了三次根本性的變革。第一個(gè)階段是從模擬到數(shù)字。從20世紀(jì)80年代的第一代模擬通信到90年代的第二代數(shù)字通信，這是移動(dòng)通信第一次大的變革。這一階段解決移動(dòng)通信的基本業(yè)務(wù)，話音業(yè)務(wù)以及一些數(shù)字消息業(yè)務(wù)。

　　第二個(gè)階段是從窄帶到寬帶。2000年第三代移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)寬帶化，實(shí)際上這個(gè)目標(biāo)到2010年第四代移動(dòng)通信才基本上完成。大家都體會(huì)到，3G剛剛推出的時(shí)候，業(yè)務(wù)能力對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的支持是非常有限的，到了4G，移動(dòng)寬帶已經(jīng)快速普及，催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展。從窄帶到寬帶，這是移動(dòng)通信第二次大的變革。第三個(gè)階段是從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)到移動(dòng)信息基礎(chǔ)設(shè)施(高可靠、低時(shí)延)。從5G開(kāi)始，移動(dòng)通信又發(fā)生第三次大的變革，從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)支撐垂直行業(yè)，也就是滲透到社會(huì)各行各業(yè)，這是一個(gè)大的變革，我們預(yù)計(jì)這個(gè)大的變革可能會(huì)持續(xù)十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間才能非常好地完成。

　　(二)5G：從應(yīng)用場(chǎng)景到技術(shù)需求ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)在2014年給出5G三大應(yīng)用場(chǎng)景，增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、海量機(jī)器類通信、超高可靠低時(shí)延通信。傳統(tǒng)移動(dòng)通信只強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，即只強(qiáng)調(diào)傳輸速率和移動(dòng)性。現(xiàn)在的技術(shù)指標(biāo)強(qiáng)調(diào)覆蓋，強(qiáng)調(diào)延時(shí)，強(qiáng)調(diào)可靠性，強(qiáng)調(diào)這個(gè)終端的待機(jī)時(shí)間，特別是靠近供電(設(shè)施)的電池待機(jī)時(shí)長(zhǎng)要求更高，可能要十年甚至更長(zhǎng)。

　　(三)愿景：5G應(yīng)用改變社會(huì)——增強(qiáng)寬帶，萬(wàn)物互聯(lián)4G改變生活，5G改變社會(huì)。怎么改變?有三大類應(yīng)用。第一類是大視頻業(yè)務(wù)，包括廣電非常關(guān)心的AR/VR/XR、4K/8K高清應(yīng)用，以及一些游戲等應(yīng)用，它對(duì)帶寬要求非常高。另外兩類和物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，一類是大連接業(yè)務(wù)，就是海量傳感與物—物互聯(lián)應(yīng)用;另一類是高可靠低時(shí)延業(yè)務(wù)，包括車聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)應(yīng)用。我們看一下華為xLab總結(jié)的5G新型應(yīng)用10大場(chǎng)景：1.云VR/AR——實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)圖像渲染和建模;2.車聯(lián)網(wǎng)——遠(yuǎn)控駕駛、編隊(duì)行駛、自動(dòng)駕駛;3.智能制造——無(wú)線機(jī)器人云端控制;4.智慧能源——饋線自動(dòng)化;5.無(wú)限醫(yī)療——具備力反饋的遠(yuǎn)程診斷;6.無(wú)線家庭娛樂(lè)——高清8K視頻和云游戲;7.聯(lián)網(wǎng)無(wú)人機(jī)——專業(yè)巡檢和安防;8.社交網(wǎng)絡(luò)——超高清/全景直播。

　　9.個(gè)人AI輔助——AI輔助智能頭盔;10.智慧城市——AI使能的視頻監(jiān)控。以上場(chǎng)景對(duì)傳輸速度和傳輸時(shí)延要求是非常高的，不是現(xiàn)有的4G系統(tǒng)能支撐的，需要5G技術(shù)加以支撐。總結(jié)起來(lái)，5G傳得快，反應(yīng)快，舉一個(gè)例子，包剪錘游戲，人類永遠(yuǎn)贏不了機(jī)器，人類的反應(yīng)時(shí)間是60毫秒，AI+5G的反應(yīng)時(shí)間是20毫秒，人類出手的瞬間，機(jī)器反應(yīng)出來(lái)了，所以它可以做到很多人類不可能做到的事情。利用5G和人工智能可以進(jìn)一步改變世界。

　　(四)5G系統(tǒng)基本構(gòu)成與產(chǎn)業(yè)鏈5G的產(chǎn)業(yè)鏈非常長(zhǎng)，我把它簡(jiǎn)單分了一下，包括終端設(shè)備、基站設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。既包括硬件設(shè)備，也包括軟件設(shè)備，還有關(guān)鍵技術(shù)等，所以整個(gè)供應(yīng)鏈非常長(zhǎng)，在某些環(huán)節(jié)上被卡脖子也是非常正常的。產(chǎn)業(yè)鏈上我國(guó)也有相對(duì)比較薄弱的地方，所以我們希望能夠形成一個(gè)和諧的供應(yīng)鏈，這是5G發(fā)展的一個(gè)非常重要的目標(biāo)。不見(jiàn)得所有的環(huán)節(jié)都是我國(guó)本地企業(yè)來(lái)提供，最好是能夠多渠道、多廠商供應(yīng)，這樣它的產(chǎn)業(yè)鏈和穩(wěn)定性將會(huì)提升許多。

　　(五)5G技術(shù)框架與標(biāo)準(zhǔn)為了實(shí)現(xiàn)三大場(chǎng)景下一系列的技術(shù)應(yīng)用，我們需要什么樣的5G技術(shù)框架與標(biāo)準(zhǔn)呢?我國(guó)在這方面做了一些貢獻(xiàn)，比如說(shuō)定義了5G的技術(shù)能力，率先提出了5G的技術(shù)框架，這包含兩個(gè)大的部分，一個(gè)是靈活統(tǒng)一的空中接口，一個(gè)是新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

　　5G有非常多的應(yīng)用場(chǎng)景，并且這個(gè)場(chǎng)景變化是非常大的。我們采用了一系列的技術(shù)使得5G的空中接口和網(wǎng)絡(luò)變得足夠靈活，最大可能地滿足各種各樣的應(yīng)用。5G和4G對(duì)比，第一次把三大場(chǎng)景用統(tǒng)一接口來(lái)支撐，支持靈活的設(shè)計(jì)，支持更高的傳輸效率，用大規(guī)模天線、更高頻譜效率，非正交接入、高效海量支持小數(shù)據(jù)物聯(lián)，滿足更為普適性的應(yīng)用(移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng))，更加靈活的網(wǎng)絡(luò)資源自由度，更加具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　二、我國(guó)在5G技術(shù)發(fā)展中的突出貢獻(xiàn)

　　移動(dòng)通信是國(guó)家關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升信息化水平的重要引擎。5G作為我國(guó)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重點(diǎn)突破領(lǐng)域，“十三五”規(guī)劃以及國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略中，均把5G作為優(yōu)先發(fā)展的內(nèi)容。

　　我國(guó)在2013年左右，和全球同步啟動(dòng)了5G的研究，全面推進(jìn)5G需求、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)及國(guó)際合作等。利用我國(guó)的制度優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)學(xué)研密切結(jié)合，頂層設(shè)計(jì)，協(xié)同推進(jìn)，5G整體性的推進(jìn)非常強(qiáng)。我國(guó)的移動(dòng)通信技術(shù)從4G的并跑迅速發(fā)展到在5G系統(tǒng)級(jí)的研發(fā)方面走在世界的最前列。從2014年開(kāi)始，在三部委組織下，在推進(jìn)全世界范圍內(nèi)5G的技術(shù)交融和技術(shù)實(shí)驗(yàn)，分三個(gè)階段，第一個(gè)是關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，第二個(gè)是方案的驗(yàn)證，第三個(gè)是系統(tǒng)級(jí)的驗(yàn)證，一直到2019年，已經(jīng)進(jìn)入商用階段。我國(guó)是率先用5G無(wú)線技術(shù)試驗(yàn)支撐國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的國(guó)家，對(duì)于支撐全球范圍內(nèi)5G核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的形成做出了重要貢獻(xiàn)。

　　我國(guó)還成立了5G推進(jìn)組，全面協(xié)調(diào)5G的研發(fā)活動(dòng)包括技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)、產(chǎn)業(yè)協(xié)作、國(guó)際合作等。我國(guó)全面參與5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，在整個(gè)3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織里面，有30多個(gè)職位，投票權(quán)23%，文稿數(shù)量占到了1/3左右，牽頭項(xiàng)目達(dá)到了45%左右。從這些具體的數(shù)字上可以看到我國(guó)為5G做出的貢獻(xiàn)。我國(guó)所做的貢獻(xiàn)還體現(xiàn)在5G標(biāo)準(zhǔn)基本專利占比明顯提升。我國(guó)推動(dòng)形成全球統(tǒng)一的5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，華為、中興在3GPP5G標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)披露的基本專利超過(guò)2400項(xiàng)。截至2019年2月，我國(guó)企業(yè)在歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)聲明的5G標(biāo)準(zhǔn)必要專利占比達(dá)到32.3%，位居全球第一位。另外，我國(guó)面向5G典型場(chǎng)景，全面滿足ITU指標(biāo)。從這些層面上也看出我國(guó)在推動(dòng)5G方面的貢獻(xiàn)。

　　三、5G向6G技術(shù)的未來(lái)演進(jìn)

　　隨著5G的大規(guī)模商用，6G已經(jīng)成為新一輪科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。我國(guó)于2019年11月啟動(dòng)了國(guó)家6G專項(xiàng)研究計(jì)劃，成立國(guó)家6G技術(shù)研發(fā)推進(jìn)工作組和總體專家組，標(biāo)志我國(guó)6G技術(shù)研發(fā)工作正式啟動(dòng)。其他各國(guó)首腦也在談6G，美國(guó)提出“衛(wèi)星+太赫茲=6G”的概念;日本提出了未來(lái)6G技術(shù)的發(fā)展路線圖，希望2024年5G覆蓋率達(dá)到98%，為6G奠定基礎(chǔ)，2030年全面引入6G商用，并且要占據(jù)30%的全球市場(chǎng)份額;韓國(guó)希望在2028年率先實(shí)施6G，確保韓國(guó)成為首個(gè)6G的商用國(guó)家。新一輪在移動(dòng)通信領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)全面開(kāi)啟。ITU也啟動(dòng)了面向2030年的6G研究工作，計(jì)劃于2022年6月，完成未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)研究報(bào)告，詳細(xì)描述5G之后的技術(shù)演進(jìn)方向，計(jì)劃于2023年6月，完成6G系統(tǒng)整體目標(biāo)、應(yīng)用場(chǎng)景和主要系統(tǒng)能力等。

　　6G的特征是超連接、更高速率與可靠性、更低時(shí)延、更寬覆蓋、更加智能。紫金山實(shí)驗(yàn)室率先啟動(dòng)了6G的研究，目前有一支將近200人的隊(duì)伍從事6G關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。我們提出了6G的發(fā)展愿景，就是全覆蓋、全頻譜、全應(yīng)用、強(qiáng)安全。全頻譜，移動(dòng)通信從第一代(1G)發(fā)展到第五代(5G)，用來(lái)發(fā)送和接收的數(shù)字信息越來(lái)越多，越來(lái)越快，所以用的電磁波頻率越來(lái)越高。到6G，在深耕低頻段、超低頻段的同時(shí)，將向毫米波、太赫茲和可見(jiàn)光等高頻發(fā)展。根據(jù)目前的測(cè)算，如果用毫米波頻段，移動(dòng)傳輸速率將達(dá)到5G的100倍，達(dá)到1TB/秒。到6G更高的頻段，全頻譜是非常自然的。全覆蓋，現(xiàn)有的4G、5G覆蓋地球表面的7%還不到，剩下沒(méi)有信號(hào)覆蓋的93%怎么辦?靠衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)的融合，我們叫星地融合，可以覆蓋無(wú)邊無(wú)際的沙漠海洋和人跡罕至的高山密林。實(shí)際上是靠地面的網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決容量問(wèn)題，靠衛(wèi)星來(lái)解決覆蓋問(wèn)題。

　　兩者有機(jī)的結(jié)合才真正能夠滿足全人類的需求。全應(yīng)用，5G已經(jīng)邁向全應(yīng)用，6G會(huì)派生出來(lái)一些更新的場(chǎng)景，比如數(shù)字孿生，在虛擬的數(shù)字空間中復(fù)制出現(xiàn)實(shí)世界，利用這個(gè)虛擬的數(shù)字城市、數(shù)字社區(qū)、數(shù)字物體，再借助人工智能等技術(shù)，做設(shè)計(jì)、做規(guī)劃，做各種推演推算，讓我們面對(duì)現(xiàn)實(shí)的選擇不再糾結(jié);遠(yuǎn)程全息無(wú)人智能系統(tǒng)，與遠(yuǎn)在萬(wàn)里之外的人面對(duì)面互動(dòng)——不是互相在屏幕上看“大臉”，而是面對(duì)栩栩如生的全息3D立體影像。這些應(yīng)用對(duì)于流量、時(shí)延的要求更高。和4G時(shí)代的信號(hào)基站不一樣，進(jìn)入5G時(shí)代就開(kāi)始需要一種特殊的信號(hào)發(fā)射裝置——大規(guī)模天線陣列。

　　通信論文范例：5G通信技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

　　將數(shù)十上百個(gè)天線和芯片集成到一塊“平板”上，5G的高頻信號(hào)就可以穩(wěn)定、安全地發(fā)送到用戶的手機(jī)上，而且信號(hào)穩(wěn)定干擾小。6G通信就更需要這種大規(guī)模天線陣列，而且要求更高。紫金山實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)不斷探索，已經(jīng)研制出全球首個(gè)基于CMOS工藝、陣元數(shù)高達(dá)10000個(gè)的高集成毫米波相控天線陣列，解決了6G未來(lái)大規(guī)模商用的某些瓶頸問(wèn)題。而且，這種裝置從芯片到天線陣全面自主可控，為我國(guó)持續(xù)引領(lǐng)5G/6G奠定基礎(chǔ)。目前我們要推進(jìn)全場(chǎng)景5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用，在實(shí)現(xiàn)良好覆蓋的同時(shí)，充分利用5G大連接、低時(shí)延、高可靠的基礎(chǔ)傳輸能力，有效支持車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)廣泛普及應(yīng)用;在冬奧會(huì)、特殊行業(yè)等部署典型應(yīng)用與示范，促進(jìn)毫米波5G產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)逐漸成熟，為未來(lái)6G發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

　　作者：尤肖虎