全球6G研究仍處于探索階段，未來(lái)6G關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)價(jià)值重大，可以預(yù)見(jiàn)其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)格局必將異常激烈。
中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2023年第6期刊發(fā)深圳市大數(shù)據(jù)研究院副研究員朱光旭研究團(tuán)隊(duì)的《6G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)格局與應(yīng)對(duì)策略》一文。文章從無(wú)線通信、智能網(wǎng)絡(luò)、信息安全3個(gè)維度出發(fā)，梳理6G關(guān)鍵技術(shù)的原理和發(fā)展現(xiàn)狀，評(píng)估我國(guó)在這些關(guān)鍵技術(shù)方向上的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，從而明晰6G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)格局，精準(zhǔn)提出我國(guó)發(fā)展應(yīng)對(duì)策略。
一、前言
數(shù)字經(jīng)濟(jì)以數(shù)據(jù)為要素、網(wǎng)絡(luò)為載體，豐富了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)涵，帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)的新增長(zhǎng)；作為繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)之后的一種新經(jīng)濟(jì)形態(tài)，成為全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力。我國(guó)高度重視數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展并將其上升到國(guó)家戰(zhàn)略，2022年我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模約為50.2萬(wàn)億元，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支撐引領(lǐng)作用進(jìn)一步增強(qiáng)。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)邁入高質(zhì)量發(fā)展階段，以移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將發(fā)揮經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息流通“主動(dòng)脈”的作用，支持智能連接、創(chuàng)新融合貫穿至生產(chǎn)生活的各個(gè)環(huán)節(jié)，充分釋放數(shù)字對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用。
當(dāng)前，第五代移動(dòng)通信（5G）正在開(kāi)啟萬(wàn)物互聯(lián)的新局面，我國(guó)建成了世界規(guī)模最大的5G網(wǎng)絡(luò)并在設(shè)備研制、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面處于技術(shù)領(lǐng)先位置，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、物流、能源等領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型場(chǎng)景下的5G廣泛應(yīng)用。也要注意到，新型業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出了更多的特性訴求、更高的指標(biāo)需求，在5G網(wǎng)絡(luò)仍在持續(xù)演進(jìn)的同時(shí)，有必要著眼未來(lái)數(shù)字經(jīng)濟(jì)社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，適時(shí)規(guī)劃新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（即第六代移動(dòng)通信，6G）的發(fā)展。實(shí)際上，2019年工業(yè)和信息化部推動(dòng)成立了IMT?2030（6G）推進(jìn)組，集聚網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、高校和科研機(jī)構(gòu)等“產(chǎn)學(xué)研”力量，聯(lián)合開(kāi)展6G技術(shù)研發(fā)。目前，全球6G研究仍處于探索階段，僅初步形成了6G愿景目標(biāo)、應(yīng)用場(chǎng)景、基本指標(biāo)等的設(shè)想及論證。
數(shù)字經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新發(fā)展對(duì)6G技術(shù)演進(jìn)提出了全新要求，如更高的頻譜效率、更低的時(shí)延、更大的容量、更高的可靠性、更智能的網(wǎng)絡(luò)與終端，以匹配未來(lái)智能交通、物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等場(chǎng)景的應(yīng)用需求。在5G實(shí)現(xiàn)從移動(dòng)互聯(lián)到萬(wàn)物互聯(lián)跨越的基礎(chǔ)上，6G將實(shí)現(xiàn)從萬(wàn)物互聯(lián)到萬(wàn)物智聯(lián)的躍遷。6G和數(shù)字經(jīng)濟(jì)之間存在互促和依存的關(guān)系。一方面，數(shù)字中國(guó)建設(shè)依賴6G引領(lǐng)。與5G相比，6G帶來(lái)的不僅是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、傳輸能力的提升，更是感知通信、內(nèi)生智能、“空天地”一體化網(wǎng)絡(luò)覆蓋等的智能融合，將賦能工業(yè)、金融、醫(yī)療等行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展變革提供前提條件。另一方面，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展、新業(yè)態(tài)涌現(xiàn)、生產(chǎn)方式升級(jí)也驅(qū)動(dòng)6G朝著跨領(lǐng)域協(xié)同、“細(xì)智高精”方向邁進(jìn)。“人機(jī)物”將共同主導(dǎo)跨領(lǐng)域的協(xié)同生產(chǎn)，高精度、高可靠、高實(shí)時(shí)的通信需求驅(qū)動(dòng)6G技術(shù)發(fā)展。
從文獻(xiàn)檢索可見(jiàn)，已有6G研究重在探討6G的愿景、挑戰(zhàn)與機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)更高速率、更低時(shí)延、更大規(guī)模連接的技術(shù)目標(biāo)，可能對(duì)6G產(chǎn)生重要影響的關(guān)鍵技術(shù)（如太赫茲通信、人工智能（AI）、語(yǔ)義通信）。然而，圍繞6G的通信、網(wǎng)絡(luò)、安全等關(guān)鍵技術(shù)方向，梳理研發(fā)進(jìn)展并研判發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力，未見(jiàn)報(bào)道。針對(duì)于此，文章從無(wú)線通信、智能網(wǎng)絡(luò)、信息安全3個(gè)維度出發(fā)，梳理6G關(guān)鍵技術(shù)的原理和發(fā)展現(xiàn)狀，評(píng)估我國(guó)在這些關(guān)鍵技術(shù)方向上的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，從而明晰6G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)格局，精準(zhǔn)提出我國(guó)發(fā)展應(yīng)對(duì)策略。
二、6G無(wú)線技術(shù)研發(fā)進(jìn)展及競(jìng)爭(zhēng)力研判
6G無(wú)線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)6G部署應(yīng)用的核心關(guān)鍵，相關(guān)研發(fā)工作已在快速推進(jìn)，以無(wú)線AI技術(shù)、超大規(guī)模天線技術(shù)、太赫茲通信、智能反射面（IRS）、通信感知一體化（ISAC）等為重點(diǎn)方向。
（一）無(wú)線AI技術(shù)
6G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，將開(kāi)啟萬(wàn)物互聯(lián)、深度融合的新階段。與此同時(shí)，AI技術(shù)再次經(jīng)歷爆發(fā)式發(fā)展，正在賦能諸多行業(yè)。受到6G、AI發(fā)展熱潮的驅(qū)動(dòng)，無(wú)線通信與AI技術(shù)趨向深度融合并產(chǎn)生新技術(shù)——無(wú)線AI，集中在AI賦能通信、通信賦能AI兩個(gè)方面：前者指利用AI技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)，使無(wú)線通信在深度上實(shí)現(xiàn)更高的速率、更低的時(shí)延、更廣的連接，涉及無(wú)線通信的物理層（如信道估計(jì)）、鏈路層（如資源分配）、應(yīng)用層及網(wǎng)絡(luò)層（如網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)內(nèi)容預(yù)測(cè)）；后者指利用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸AI服務(wù)和智能應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)，在粒度上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)的泛在智能，又可細(xì)分為集中式學(xué)習(xí)、分布式學(xué)習(xí)。
自2018年以來(lái)，越來(lái)越多的手機(jī)配置了專用的嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，為6G時(shí)代大范圍應(yīng)用無(wú)線AI技術(shù)提供了硬件層面的支持。為了規(guī)范AI模型的更新和相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程，在第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）中加入了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)收集和分析；在RAN和SA工作組中分別設(shè)立了研究專項(xiàng)，開(kāi)展數(shù)據(jù)采集與模型傳輸研究。這些工作也為無(wú)線AI的標(biāo)準(zhǔn)化確立了基礎(chǔ)。
隨著AI技術(shù)的進(jìn)一步成熟，AI產(chǎn)業(yè)具有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模。無(wú)線通信系統(tǒng)即將進(jìn)入6G時(shí)代，將大幅提升面向AI的開(kāi)放度和支持度。無(wú)線通信系統(tǒng)的多個(gè)模塊將被無(wú)線AI模塊取代，已成必然趨勢(shì)。在此背景下，無(wú)線AI技術(shù)擁有廣闊的產(chǎn)業(yè)前景。
（二）超大規(guī)模天線技術(shù)
隨著天線、芯片集成度的不斷提高，在不增加尺寸和質(zhì)量且功耗可控的前提下，天線陣列的規(guī)模將持續(xù)增大。超大規(guī)模天線是在大規(guī)模天線基礎(chǔ)上的進(jìn)一步演進(jìn)。
部署超大規(guī)模天線陣列，應(yīng)用IRS、平面透射表面、納米天線陣列等新材料 / 新結(jié)構(gòu)，引入新的信號(hào)處理方法，將提供具有極高空間分辨率和處理增益的空間波束，提高網(wǎng)絡(luò)的多用戶復(fù)用能力和干擾抑制能力，獲得更高的頻譜效率和更高的能量效率。超大規(guī)模天線陣列（見(jiàn)圖1）具有極高的空間分辨能力，能夠?qū)崿F(xiàn)三維精準(zhǔn)定位、目標(biāo)空間姿態(tài)信息獲取，具備在三維空間內(nèi)進(jìn)行波束調(diào)整的能力。
圖1 超大規(guī)模天線技術(shù)應(yīng)用示意圖
（三）太赫茲通信
太赫茲波指頻率位于0.1~10 THz范圍的電磁波，在整個(gè)電磁波譜中位于微波和紅外波頻段之間；具有超大帶寬的頻段資源可供利用，支持超高的通信速率。太赫茲通信即以太赫茲頻段內(nèi)的載波實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的技術(shù)，被視為實(shí)現(xiàn)6G太比特每秒通信速率的空口技術(shù)備選方案，有望應(yīng)用到全息通信、微小尺寸通信、超大容量數(shù)據(jù)回傳、短距超高速傳輸?shù)雀咚偻ㄐ艌?chǎng)景。此外，基于太赫茲通信信號(hào)的超帶寬特性，應(yīng)用至網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備的高精度定位、高分辨率感知成像等，也是潛在的拓展方向。
早在20年前，國(guó)際上就啟動(dòng)了太赫茲技術(shù)研究。國(guó)內(nèi)研究起步稍晚，但以高校和科研院所為代表，正在積極開(kāi)展相關(guān)工作，也以多種形式進(jìn)行互通協(xié)作，共同推動(dòng)太赫茲技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，目前整體接近世界先進(jìn)水平。
在太赫茲通信技術(shù)研究方面，國(guó)內(nèi)外的重點(diǎn)還集中在核心技術(shù)、共性技術(shù)攻關(guān)上，而對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景、通信系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性等的考慮有所不足；與未來(lái)多樣化通信場(chǎng)景需求相比仍有相當(dāng)?shù)牟罹?，尚不能滿足產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模部署的要求。因此，太赫茲通信技術(shù)研究還需著重關(guān)注并攻克實(shí)時(shí)性、空間復(fù)用、低功耗、遠(yuǎn)距離、工作環(huán)境等要素。
（四）智能反射面
IRS是近期發(fā)展的技術(shù)，支持實(shí)現(xiàn)6G無(wú)線通信系統(tǒng)智能且可重新配置的無(wú)線信道環(huán)境。通常，IRS是由大量無(wú)源反射元件組成的平面，每個(gè)反射元件都能獨(dú)立地對(duì)入射信號(hào)產(chǎn)生可控的振幅以及相位變化（見(jiàn)圖2）；在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中密集部署IRS并智能協(xié)調(diào)產(chǎn)生的反射，即可靈活地重新配置發(fā)射器和接收器之間的無(wú)線信道，以實(shí)現(xiàn)所需的分布。IRS為實(shí)質(zhì)性解決無(wú)線信道衰減和干擾問(wèn)題提供了一種新穎的手段，也能在一定程度上實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信容量及可靠性的顯著改進(jìn)。
圖2 IRS部署示意圖
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在IRS方面開(kāi)展了較大規(guī)模的研究，整體處于世界先進(jìn)水平。2021年，我國(guó)主要的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商分別針對(duì)3.5 GHz頻段、2.6 GHz頻段、毫米波頻段完成了IRS技術(shù)的5G外場(chǎng)測(cè)試。IRS理論研究在多個(gè)細(xì)分方向也較為深入。也要注意到，在目前的研究中，IRS具有一定程度的自我反射及投射能力，但能力水平仍有較大提升空間；在超表面材料方面，半導(dǎo)體工藝較液晶工藝更為成熟，但成本偏高；在智能控制方面，IRS只能被動(dòng)接收信號(hào)而無(wú)法主動(dòng)感知周邊信道環(huán)境以及定位終端與用戶位置，實(shí)時(shí)控制能力仍待增強(qiáng)。未來(lái)，需針對(duì)IRS基礎(chǔ)理論、部署頻段、硬件成本、組網(wǎng)架構(gòu)、調(diào)控算法等開(kāi)展深化研究。
（五）通信感知一體化
ISAC泛指在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中將傳感和通信功能整合為一體的設(shè)計(jì)，以提高稀缺頻譜和無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率，進(jìn)而通過(guò)傳感輔助通信、通信輔助傳感實(shí)現(xiàn)互利共贏。與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，ISAC可以利用無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施以及有限的頻譜、功率資源進(jìn)行通信和傳感，從而以較低的成本提高系統(tǒng)綜合性能。
ISAC概念首次出現(xiàn)在2018年“全球通信會(huì)議”，依托較為成熟的基礎(chǔ)技術(shù)條件，已在工業(yè)界快速獲得初步應(yīng)用。我國(guó)的研究和應(yīng)用機(jī)構(gòu)積極跟進(jìn)，將ISAC視為6G的重要技術(shù)方向之一，相應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平與國(guó)際主流同步。然而，ISAC尚處產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，在開(kāi)啟大規(guī)模商用之前還需要解決理論、技術(shù)、應(yīng)用等方面的諸多挑戰(zhàn)；在空口技術(shù)、組網(wǎng)架構(gòu)、協(xié)同感知、硬件架構(gòu)、原型系統(tǒng)、仿真評(píng)估、標(biāo)準(zhǔn)化方向也需開(kāi)展持續(xù)研究。
三、6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)進(jìn)展及競(jìng)爭(zhēng)力研判
6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是支持6G部署應(yīng)用的重點(diǎn)內(nèi)容，將深度融合通信、信息、大數(shù)據(jù)、AI、控制等技術(shù)，成為構(gòu)建物理世界與數(shù)字世界連接的“中樞”，支持開(kāi)啟萬(wàn)物感知、萬(wàn)物互聯(lián)、萬(wàn)物智能的時(shí)代。
（一）分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
6G網(wǎng)絡(luò)將采用集中控制式與分布自治式融合、集散共存的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以在大規(guī)模復(fù)雜組網(wǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)能力的優(yōu)化調(diào)度。分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涉及多類技術(shù)，如去中心化的星際文件系統(tǒng)、支持快速查找及訪問(wèn)的分布式哈希表技術(shù)、分布式賬本技術(shù)等。區(qū)塊鏈技術(shù)憑借其去中心化、去信任化、不可篡改等技術(shù)特性，在5G發(fā)展階段已有應(yīng)用探索，即利用區(qū)塊鏈思維增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)拓展、網(wǎng)間協(xié)作、安全與隱私保護(hù)等能力。
區(qū)塊鏈技術(shù)是6G分布式網(wǎng)絡(luò)的重要機(jī)制，但我國(guó)在這一領(lǐng)域的發(fā)展水平未能進(jìn)入國(guó)際前列，也沒(méi)有形成反映技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的區(qū)塊鏈3.0項(xiàng)目。在技術(shù)研究上，國(guó)外更加關(guān)注基礎(chǔ)架構(gòu)層次的問(wèn)題，如互操作性、可擴(kuò)展性等，而國(guó)內(nèi)更關(guān)注技術(shù)應(yīng)用。未來(lái)，我國(guó)需要加強(qiáng)人才培養(yǎng)，改善技術(shù)研究和應(yīng)用環(huán)境，更均衡地發(fā)展全產(chǎn)業(yè)鏈。
（二）“空天地”一體化組網(wǎng)技術(shù)
在6G時(shí)代，天基（高軌 / 中軌 / 低軌衛(wèi)星）、空基（臨近空間 / 高空 / 低空 / 飛行器）網(wǎng)絡(luò)將與地基（蜂窩 / 移動(dòng)熱點(diǎn) / 有線）網(wǎng)絡(luò)深度融合，組成“空天地”一體化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全域、全時(shí)段的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。“空天地”一體化網(wǎng)絡(luò)不是天基、空基、地基網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單互聯(lián)，而是在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)地面與非地面網(wǎng)絡(luò)的全面一體化，在體制、協(xié)議、網(wǎng)路、業(yè)務(wù)、終端等層面實(shí)現(xiàn)深度融合（見(jiàn)圖3）。
圖3 “空天地”一體化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是6G“空天地”一體化的關(guān)鍵。發(fā)達(dá)國(guó)家布局較早，已全面開(kāi)始星座建設(shè)，如星鏈工程的在軌衛(wèi)星已超過(guò)5000顆，開(kāi)始面向世界主要地區(qū)提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。2020年，我國(guó)首次將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)范疇，當(dāng)前仍處于前期規(guī)劃與試驗(yàn)階段。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、保障要求高，需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新、資源投入、發(fā)射保障。我國(guó)應(yīng)增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上游的研發(fā)制造水平、基礎(chǔ)原材料的供應(yīng)能力，提高下游用戶端的應(yīng)用開(kāi)發(fā)水平，通過(guò)快速迭代以優(yōu)化下游用戶端解決方案。
（三）內(nèi)生智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
機(jī)器學(xué)習(xí)、AI技術(shù)將在6G端到端網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、部署、運(yùn)營(yíng)階段中發(fā)揮決定性作用。內(nèi)生智能在6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)內(nèi)部提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練、模型推理、模型評(píng)估等AI工作流的完整運(yùn)行環(huán)境，將AI服務(wù)所需的算力、數(shù)據(jù)、算法、連接與網(wǎng)絡(luò)功能、協(xié)議、流程進(jìn)行深度融合，支持AI能力按需編排，為高水平網(wǎng)絡(luò)自治、多樣化業(yè)務(wù)需求提供智能化基礎(chǔ)能力。6G將構(gòu)建開(kāi)放融合的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不僅增強(qiáng)管道連接的性能，更要實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的云AI向網(wǎng)絡(luò)AI的轉(zhuǎn)變。內(nèi)生智能網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)能夠利用AI來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，對(duì)外能夠?yàn)楦餍袠I(yè)用戶提供實(shí)時(shí)AI服務(wù)。
相比于美國(guó)6G研究組織在云原生技術(shù)和生態(tài)體系方面的進(jìn)展，我國(guó)在內(nèi)生智能以及云和6G融合方面的研究仍處于起步階段。發(fā)達(dá)國(guó)家保持著整體發(fā)展優(yōu)勢(shì)，以高質(zhì)量研發(fā)、高質(zhì)量人才、AI芯片、投資融資環(huán)境等為基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)僅在超級(jí)計(jì)算機(jī)、AI應(yīng)用、大數(shù)據(jù)等方面具有應(yīng)用層面的優(yōu)勢(shì)。面向未來(lái)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界面臨著網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)體系標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、核心基礎(chǔ)算法研究不足、訓(xùn)練數(shù)據(jù)不開(kāi)放、必要的驗(yàn)證環(huán)境缺乏等迫切問(wèn)題，需要著力破解。
（四）算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
算力網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)為中心，將計(jì)算、存儲(chǔ)能力視為可調(diào)動(dòng)的資源，強(qiáng)調(diào)算力資源的評(píng)估、交易和調(diào)度。在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算深度融合的趨勢(shì)下，網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需要網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算相互感知、高度協(xié)同，算力網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)泛在計(jì)算互聯(lián)，云、網(wǎng)、邊高效協(xié)同，據(jù)此提高網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的算力發(fā)現(xiàn)、靈活動(dòng)態(tài)的調(diào)度服務(wù)、具有一致性的用戶體驗(yàn)（見(jiàn)圖4）。
圖4 算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
目前，我國(guó)在芯片與計(jì)算領(lǐng)域面臨著較大發(fā)展壓力。一方面，算力需求持續(xù)增長(zhǎng)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的常態(tài)；另一方面，算力的來(lái)源是芯片，而芯片成為我國(guó)科技領(lǐng)域發(fā)展受制于人的主要問(wèn)題。因國(guó)際局勢(shì)變化帶來(lái)的供應(yīng)鏈安全問(wèn)題、計(jì)算成本激增問(wèn)題，成為我國(guó)計(jì)算相關(guān)產(chǎn)業(yè)必須面對(duì)的發(fā)展困境。發(fā)展算力網(wǎng)絡(luò)，除了依靠通信技術(shù)進(jìn)步，也需在計(jì)算相關(guān)產(chǎn)業(yè)積極布局，盡快破解“卡脖子”環(huán)節(jié)。
此外，我國(guó)異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)業(yè)布局亟待完善。異構(gòu)計(jì)算相關(guān)產(chǎn)業(yè)是算力網(wǎng)絡(luò)落地應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而國(guó)內(nèi)在異構(gòu)計(jì)算相關(guān)的加速器、編譯器、工具鏈等基礎(chǔ)能力上投入不足，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)成熟度整體不高。網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算產(chǎn)業(yè)融合不深，仍處于簡(jiǎn)單疊加狀態(tài)，如設(shè)備之間的交互接口、信令協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，難以支持算網(wǎng)資源的靈活調(diào)度與高效融合。
四、6G安全技術(shù)研發(fā)進(jìn)展及競(jìng)爭(zhēng)力研判
6G安全技術(shù)是實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用的前提和重點(diǎn)，按照網(wǎng)絡(luò)中生效的層級(jí)可分為物理層安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層安全技術(shù)、數(shù)據(jù)安全及隱私保護(hù)技術(shù)。我國(guó)在6G物理層安全技術(shù)探索和研發(fā)上達(dá)到世界先進(jìn)水平，但在網(wǎng)絡(luò)層安全、數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)等技術(shù)方向仍處于追趕狀態(tài)，整體呈現(xiàn)“硬強(qiáng)、軟弱”的發(fā)展特點(diǎn)。
（一）物理層安全技術(shù)
物理層安全技術(shù)主要基于信道本身的物理性質(zhì)來(lái)防止信息遭到監(jiān)聽(tīng)或破壞。無(wú)線物理層安全技術(shù)作為保障6G網(wǎng)絡(luò)安全的重要手段之一，可為6G業(yè)務(wù)提供低復(fù)雜度、高能效的輕量級(jí)安全防護(hù)機(jī)制。① 超大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）可為6G網(wǎng)絡(luò)提供更高的頻譜效率、能量效率和靈活性，應(yīng)用波束賦形、基于人工噪聲插入的干擾等方式提升物理層通信的安全性。② IRS技術(shù)采用可編程新型超材料，通過(guò)數(shù)字編碼對(duì)電磁波進(jìn)行主動(dòng)的智能調(diào)控，從而突破傳統(tǒng)無(wú)線信道的不可控局限性，實(shí)現(xiàn)信道精細(xì)化感知和信道定制化生成；克服傳統(tǒng)通信安全范式下因電磁環(huán)境的不確定性和不可操控性帶來(lái)的保密信息易泄露、面臨復(fù)雜干擾等問(wèn)題，改變現(xiàn)有“外掛式”無(wú)線通信系統(tǒng)安全機(jī)制造成的通信與安全掣肘、能效低下的情況，提升網(wǎng)絡(luò)的整體安全性能。③ 可見(jiàn)光通信（VLC）技術(shù)是使用可見(jiàn)光作為信息載體的新型無(wú)線通信方式、具有獨(dú)特安全特性的輔助通信手段，光保真技術(shù)的發(fā)明推動(dòng)了VLC技術(shù)的實(shí)用化；利用可見(jiàn)光無(wú)法穿透遮擋物、對(duì)電磁不敏感的特點(diǎn)，有效避免傳輸信息被外部惡意截獲，可作為射頻通信以外的一種輔助性通信技術(shù)。④ 太赫茲通信技術(shù)處于電子學(xué)向光子學(xué)過(guò)渡的領(lǐng)域，兼具波通信不易受影響、光通信指向性良好的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)更好的保密性以及抗干擾、抗截獲能力。
我國(guó)在電磁超材料領(lǐng)域的研究起步較早，具有較好的平面透射陣列產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。超大規(guī)模MIMO技術(shù)與之密切相關(guān)。我國(guó)在世界上率先啟動(dòng)電磁超材料標(biāo)準(zhǔn)化工作，目前實(shí)現(xiàn)了超材料底層技術(shù)的專利覆蓋，為利用超大規(guī)模MIMO實(shí)現(xiàn)6G物理層安全筑牢基礎(chǔ)。IRS賦能物理層安全技術(shù)由我國(guó)科學(xué)家率先提出，獲得了其他國(guó)家跟進(jìn)研究，但實(shí)用化面臨著硬件、測(cè)量等方面的挑戰(zhàn)。我國(guó)VLC技術(shù)研究起步較晚，但近年來(lái)取得了一批實(shí)質(zhì)性研究成果，在系統(tǒng)帶寬、安全實(shí)時(shí)傳輸、離線傳輸速率等指標(biāo)上接近世界先進(jìn)水平；受制于材料水平，VLC設(shè)備小型化困難，僅支持單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)傳輸，缺少專用集成電路。我國(guó)在太赫茲通信技術(shù)研發(fā)方面部分達(dá)到世界先進(jìn)水平，但太赫茲通信系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用仍存在太赫茲器件體積較大、集成度不高、發(fā)射功率有限等難點(diǎn)。
當(dāng)前，物理層安全技術(shù)面臨的現(xiàn)實(shí)難題是功能實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體材料及集成電路工藝、先進(jìn)天線技術(shù)、系統(tǒng)資源分配優(yōu)化、信道建模方法等均提出了較高的要求。為此，物理層安全理論可依托我國(guó)5G發(fā)展積累的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)予以突破；在硬件開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，推動(dòng)關(guān)聯(lián)領(lǐng)域開(kāi)展跨學(xué)科、跨行業(yè)合作以實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同；面向我國(guó)龐大的安全通信市場(chǎng)需求，依托齊全的產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速高效發(fā)展。
（二）網(wǎng)絡(luò)層安全技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)層支持實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)透明傳送。6G網(wǎng)絡(luò)的連接密度將達(dá)到1×107個(gè)連接 /km2，傳統(tǒng)安全技術(shù)難以承擔(dān)如此負(fù)荷的監(jiān)控與防御任務(wù)，使6G網(wǎng)絡(luò)層安全面臨極大挑戰(zhàn)。① 無(wú)線AI技術(shù)通過(guò)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)安全能力彈性編排、全局資源調(diào)動(dòng)與精確風(fēng)險(xiǎn)控制等功能，提升網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品中威脅情報(bào)的自動(dòng)化部署能力和安全能力自適應(yīng)水平，充分匹配外部和內(nèi)部威脅的復(fù)雜變化。② 區(qū)塊鏈技術(shù)能夠適應(yīng)6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)趨于去中心化、與現(xiàn)有中心式架構(gòu)兼容共存的組織形式。在新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，6G信任模型可適應(yīng)性地引入去中心化模式，構(gòu)建更加包容的多模態(tài)信任模型，同時(shí)支持中心式、第三方驗(yàn)證 / 背書的信任模式，基于去中心化的多方共識(shí)模式。③ 輕量級(jí)接入認(rèn)證技術(shù)面向6G網(wǎng)絡(luò)多域異構(gòu)互聯(lián)、海量多源終端隨機(jī)接入、跨域交叉認(rèn)證與可信訪問(wèn)、通信低時(shí)延等特點(diǎn)及應(yīng)用需求，在保證安全性的前提下設(shè)計(jì)輕量級(jí)接入認(rèn)證協(xié)議；簡(jiǎn)化協(xié)議字段，引入跨域多身份統(tǒng)一管理、終端跨域接入的信任傳遞、海量差異化終端接入識(shí)別等功能，實(shí)現(xiàn)多認(rèn)證體制下海量6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶的跨域隨機(jī)接入。
國(guó)外在討論6G與內(nèi)生安全時(shí)更針對(duì)專長(zhǎng)方向，注重特定技術(shù)或策略，如6G內(nèi)生安全在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、去蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。相比之下，國(guó)內(nèi)側(cè)重于整體架構(gòu)研究，如提出了具有內(nèi)生安全特性的改進(jìn)型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及相應(yīng)的核心技術(shù)。未來(lái)，可快速把握AI與網(wǎng)絡(luò)安全在技術(shù)、數(shù)據(jù)、模型等層面的最佳結(jié)合點(diǎn)，盡快形成網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的“技術(shù)差”“應(yīng)用差”，建立對(duì)抗技術(shù)博弈優(yōu)勢(shì)，掌握網(wǎng)絡(luò)空間發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。以國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等優(yōu)勢(shì)機(jī)構(gòu)為依托，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全攻防對(duì)抗靶場(chǎng)，通過(guò)科學(xué)評(píng)估、技術(shù)挑戰(zhàn)賽、測(cè)試驗(yàn)證等形式推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)層安全技術(shù)發(fā)展；重視基礎(chǔ)科學(xué)突破對(duì)安全領(lǐng)域帶來(lái)的顛覆性影響，如密碼學(xué)理論進(jìn)展將對(duì)高效接入認(rèn)證協(xié)議造成積極或消極的影響。
（三）數(shù)據(jù)安全及隱私保護(hù)技術(shù)
數(shù)據(jù)安全及隱私保護(hù)技術(shù)位于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之上，也是網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，承擔(dān)著防止數(shù)據(jù)不因偶然和惡意的原因遭到破壞、更改、泄露的任務(wù)。在6G網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，無(wú)線通信將與移動(dòng)計(jì)算技術(shù)結(jié)合，相應(yīng)數(shù)據(jù)具有多源異質(zhì)、跨域訪問(wèn)、信任體制多樣的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)將訪問(wèn)更多用戶的隱私信息。這就驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)隱私信息的精準(zhǔn)感知與動(dòng)態(tài)度量，隱私保護(hù)機(jī)制的優(yōu)化組合與按需保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)分治、自治和安全計(jì)算等提出了較高要求。6G網(wǎng)絡(luò)具有多網(wǎng)融合特點(diǎn)，基于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的資源分配策略能夠保障數(shù)據(jù)的可信共享與安全交換。信息流轉(zhuǎn)路由控制、跨境 / 跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳播管控、面向資源切片的流轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)等功能，為大規(guī)模數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與資源調(diào)度提供了技術(shù)支撐。此外，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密也是重要的保護(hù)方式，而隨著量子計(jì)算理論的發(fā)展，部分經(jīng)典模型下的計(jì)算困難問(wèn)題可在量子計(jì)算模型下進(jìn)行有效求解，也使現(xiàn)有的密碼算法面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。需要考慮采用抗量子攻擊密碼來(lái)保證6G網(wǎng)絡(luò)的安全性。
從國(guó)際網(wǎng)絡(luò)安全市場(chǎng)的角度看，美國(guó)企業(yè)占據(jù)著主導(dǎo)地位，在市場(chǎng)規(guī)模、技術(shù)實(shí)力、產(chǎn)品性能、服務(wù)水平上領(lǐng)先其他國(guó)家的企業(yè)。我國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅速，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模較?。ㄔ趪?guó)際市場(chǎng)份額中的占比不到10%），而從業(yè)公司超過(guò)2000家，相應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。我國(guó)在量子領(lǐng)域具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，但其中的抗量子密碼算法方向與世界先進(jìn)水平存在一定差距。在未來(lái)6G的發(fā)展情境下，采取“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同并突出市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)，開(kāi)展數(shù)據(jù)安全及隱私保護(hù)技術(shù)研究、新興關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，以盡快達(dá)到國(guó)際發(fā)展前沿。
五、6G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)建議
（一）技術(shù)攻關(guān)
開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，前瞻布局無(wú)線通信、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、安全保障等研究，增強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究和核心技術(shù)攻關(guān)能力。當(dāng)前在役的5G網(wǎng)絡(luò)，其自主優(yōu)化、自主維護(hù)能力亟待優(yōu)化和加強(qiáng)。應(yīng)在無(wú)線AI、大規(guī)模陣列天線、智能感知與自適應(yīng)控制等無(wú)線核心技術(shù)方向上予以突破并盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，以AI、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與各領(lǐng)域的深度融合應(yīng)用為導(dǎo)向，推動(dòng)6G無(wú)線技術(shù)盡快從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
5G聚焦增強(qiáng)移動(dòng)寬帶服務(wù)，而對(duì)于海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入，高可靠、低時(shí)延服務(wù)等應(yīng)用的支撐力度不足。完善6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的頂層方案及規(guī)劃，在分布式網(wǎng)絡(luò)、“空天地”一體化組網(wǎng)、內(nèi)生智能網(wǎng)絡(luò)等核心方向上開(kāi)展重點(diǎn)攻關(guān)。以提升網(wǎng)絡(luò)能力為直接目標(biāo)，構(gòu)建適配多樣化應(yīng)用需求的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放平臺(tái)，以6G網(wǎng)絡(luò)能力的跨越式發(fā)展來(lái)服務(wù)全行業(yè)、全場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。
5G的網(wǎng)絡(luò)安全、用戶隱私保護(hù)等能力有所不足，存在對(duì)抗安全隱患。6G網(wǎng)絡(luò)中將有海量的異構(gòu)終端，對(duì)高精度接入且可信的保障要求高，需要構(gòu)建6G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全可信體系。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)以超大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、IRS、VLC等為主要內(nèi)容的6G安全內(nèi)生技術(shù)，推動(dòng)區(qū)塊鏈安全技術(shù)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等安全應(yīng)用的深化發(fā)展。
（二）保障支撐
在創(chuàng)新保障方面，增強(qiáng)6G技術(shù)支撐能力，通過(guò)戰(zhàn)略引導(dǎo)、“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新等方式推動(dòng)6G技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究。注重6G網(wǎng)絡(luò)終端、框架、軟件安全方面的技術(shù)升級(jí)，促進(jìn)6G技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)保護(hù)的統(tǒng)籌發(fā)展。實(shí)施科技專項(xiàng)牽引，支持高校、企業(yè)、科研院所聯(lián)合開(kāi)展6G技術(shù)研發(fā)，突出實(shí)踐與驗(yàn)證，避免技術(shù)發(fā)展過(guò)度理論化。
在產(chǎn)業(yè)支撐方面，圍繞6G技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)新，支持新型感知網(wǎng)絡(luò)、新型能源、車輛網(wǎng)賦能智慧城市等新型基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。建設(shè)6G網(wǎng)絡(luò)示范項(xiàng)目，開(kāi)展無(wú)線農(nóng)業(yè)、低空經(jīng)濟(jì)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等互聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用。推動(dòng)各行業(yè)開(kāi)放數(shù)據(jù)接口，激發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用和服務(wù)需求，支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型應(yīng)用研發(fā)，加快技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
在擴(kuò)大內(nèi)需方面，結(jié)合國(guó)家和地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際，挖掘行業(yè)和個(gè)人用戶對(duì)6G業(yè)務(wù)多樣化的需求以提高相應(yīng)消費(fèi)潛能。培育新型內(nèi)需體系，鼓勵(lì)以6G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新型互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式探索，利用6G技術(shù)推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)更好服務(wù)和融入新發(fā)展格局。
在人才保障方面，建議實(shí)施靈活高效的人才引進(jìn)、培養(yǎng)、評(píng)價(jià)及激勵(lì)政策。通過(guò)高層次拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)，為青年科研人才發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)平臺(tái)；設(shè)立人才儲(chǔ)備庫(kù)，實(shí)施面向青年人才的“揭榜掛帥”項(xiàng)目模式。構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新模式，實(shí)施技術(shù)挑戰(zhàn)賽制，吸引各方面人才參與6G發(fā)展生態(tài)建設(shè)。
（三）國(guó)際合作
提高6G產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、深化6G核心技術(shù)研發(fā)及數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需要與全球通信產(chǎn)業(yè)開(kāi)展密切合作。建議國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商積極參與或組建國(guó)際聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，國(guó)內(nèi)高校與海外高校開(kāi)展科技交流和合作研究。積極參與6G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，擴(kuò)大我國(guó)6G標(biāo)準(zhǔn)方案的國(guó)際影響力，避免國(guó)內(nèi)國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)的分裂。
參與完善數(shù)字貿(mào)易規(guī)則，秉持互利共贏原則，推動(dòng)建立公平透明的國(guó)際數(shù)字貿(mào)易規(guī)則體系。圍繞6G關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)共性產(chǎn)業(yè)體系，聯(lián)合開(kāi)展跨境示范研究和應(yīng)用，共同推動(dòng)6G技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。優(yōu)化全球供應(yīng)鏈布局，共享信息基礎(chǔ)設(shè)施，拓展6G數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的新場(chǎng)景。
作者：朱光旭，李洋，陳懌，柴姝奇，史清江，羅智泉
來(lái)源：6G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)格局與應(yīng)對(duì)策略[J].中國(guó)工程科學(xué),2023,25(6):9-17.
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