全球6G研究进展综述

随着全球5G商用部署的全面展开，“商用一代、规划一代”理念指导下，多个国家已经开始探索下一代移动通信技术（6G）。国际标准化组织（ITU）计划于2023年启动6G国际标准化工作，并提出了包括轨道角动量在内的潜在关键技术；3CPP计划于2023年完成5G标准研制后开启6G研究；IEEE已开展面向6G的技术研讨，并于2019年举办全球第一届6G无线峰会。欧盟聚焦太赫兹频段和高密度连接；美国推动太赫兹频段应用及动态频谱共享技术；日本将轨道角动量技术纳入B5G/6G研发；韩国则聚焦太赫兹通信、空天地一体化通信等关键技术。业界专家认为，未来5秒内实现1Tbit/s传输速度将成为现实目标，并通过人工智能、大数据提升能效与智能化水平。

摘 老

摘 老

**【关键词】**6G；太赫兹；轨道角动量

0 引言

移动通信经历了1 Generation至4 Generation技术演进阶段后已进入关键发展阶段目前正处于5 Generation商用技术全面推广的关键时期就时间发展规律而言 呈现每十年一代的技术演进特征 其中推动移动通信技术不断进步的动力因素主要包括用户需求的持续增长与技术创新 4 Generation大规模商业化进程显著促进了移动互联网生态系统的快速成长与发展 使得人类迎来了历史上首个全面 commercialization 的互联网 golden age 在显著提升用户体验的同时 5G的应用场景逐步延伸至物联网相关领域 并与交通 制造 医疗 家居 物流等多个垂直行业实现了深度融合 开启了全新的产业互联网新篇章 按照"商用一代 规划一代"的发展理念 随着全球范围内商用一代 6 Generation技术研发工作的展开 某些国家已经开始针对面向2030年的下一代移动通信技术进行了深入探索 这篇文章将对6 Generation研究现状及发展趋势进行系统梳理与深入分析

1 全球6G研究总体进展

1.1 国际标准化组织

国际电信联盟(ITU)：根据ITU的工作计划，在2019至2023年的研究周期内主要关注5G和B5G技术的研发与探索；然而，在该时间段内也会对6G的技术愿景和技术趋势进行深入探讨。业内主要参与者普遍认为，在第23届RA会议上制定并命名下一代IMT技术和相关决议是较为合适的安排。

（二）第三代合作伙伴计划（3GPP）：在约两年后的即于 二〇二〇 年 三 月期间内，《关于促进 sixth generation (6G) 技术研究的相关议程》或将由 该组织 发起；而在三年后的 六 G 国际标准化 则可能将在约两年半至三年的时间内展开；据预测，在约两年后即于 公元二〇二三年时，《关于促进 sixth generation (6G) 技术研究的相关议程》或将由 该组织 发起；而实质性的第六代国际标准化则可能将在约三年后的 公元二〇二五年前展开

（3）电气和电子工程师学会（IEEE）：致力于系统地归纳整理下一代网络的关键技术，在此背景下于2016年12月启动了IEEE 5G Initiative项目，并在其后的两年间将其更名为IEEE Future Networks组织。这一转变旨在推动5G技术和未来网络的发展。近年来围绕6G技术的深入研究也在持续进行中。于2019年3月25日，在IEEE的组织下，全球首次6G无线峰会在荷兰圆满召开，吸引了来自工业界与学术界的专家分享最新观点，并深入探讨了实现6G愿景所需的理论和技术挑战。

1.2 部分国家/地区的6G研究进展

在2017年期间, 欧盟宣布启动了6G技术研发项目的公开征集中, 其主要目标是探索下一代移动通信的关键技术. 基于这一目标导向原则, 欧盟对于未来6G网络系统的设想包括: 最高可达峰值传输速率达到100 Gbit/s, 单通道带宽达到1 GHz, 并将采用超过275 GHz的太赫兹频段作为主要工作频段. 随后于9月起, 欧盟实施了一个为期三年的6G基础技术研究计划, 该计划的主要任务包括开发适用于6G网络的新一代纠错编码方案、创新性的信道编码技术和先进的调制技术. 同时, 在太赫兹领域方面的发展也不可忽视, 在该领域也取得了一系列进展.

（2）美国：美国联邦通信委员会（FCC）于2019年3月推出了面向未来的6G网络服务相关技术研究工作，在95\text{ GHz}—3\text{ THz}的太赫兹频段上开展实验应用研究。与此同时，在2018年世界移动通信大会-北美峰会上，FCC专家重点阐述了6G通信技术的核心创新点及其关键技术发展路径。这些核心技术主要包括：涉及的主要技术领域包括全新频谱应用（如太赫兹频段）、被支持的技术方案数量可达到数百个超窄波束方向，并基于区块链的技术实现动态频谱共享机制等创新性解决方案。

（3）日本：被列为主流国家支柱技术和战略目标之一于2019财年划入预算开始重点推进6G技术研发。日本经济新闻社于2018年7月报道称指出NTT集团成功研发了B5G与6G相关的关键技术和设备其中一个是基于轨道角动量（OAM）的技术另一个是基于太赫兹通信的技术该新技术显著提升了传输速率至每秒百兆比特。

（4）韩国：SK电讯ICT研发中心的专家于2018年10月在美国纽约大学召开的前沿技术会议上提出了未来6G网络中的三种关键功能技术。这些技术包括基于太赫兹通信的技术、完全虚拟化的RAN+大规模天线架构以及非地面无线网络等三大核心技术方向。此外，SK电讯成功与中国爱立信、诺基亚等设备制造企业达成合作协议，在6G相关技术研发方面展开了深入合作。

2 6G愿景及关键技术展望

2.1 6G愿景展望

5G的发展愿景是实现"万物互联"。然而，在垂直行业的融合应用中，5G面临着需求不明确性、协调环节复杂性以及政策法规不完善等问题，并且目前仍处于探索阶段。要解决5G融合应用发展中的各类问题并非一劳永逸之举,而是需要一个较长的时间跨度来逐步推进和完善。从移动通信的发展历程来看,1G时代实现了语音通话功能,2G时代才获得了较广泛的普及应用,3G引入了多媒体业务后,4G时代才实现了高速数据传输能力的突飞猛进,而到了5G时代,其应用场景首次突破了移动互联网领域,拓展到了物联网领域;6G将在现有5G技术基础上进一步深化物联网应用的广度与深度,并将与人工智能、大数据等前沿技术相结合,从而为智能化社会与生活的开展提供有力支撑,最终推动实现"万物智联";从这个角度来看,"万物互联"始于5G的突破发展,"繁荣发展"则是在6G时代的延续与深化。

业界专家普遍认为，在性能能力方面（更强）、智能化程度上（更高）、能源效率上（更优）以及覆盖范围上（更广），相较于5G时代而言

2.2 6G潜在关键技术

当

探讨

随着

本文

太赫兹通信技术：指频率范围为0.1至10太赫兹的电磁波具有极其丰富的频谱资源其频谱资源丰富程度甚至可达到数十十吉比特每秒的程度是未来移动通信领域极具潜力的技术之一目前美国欧盟和日本等国都在积极推进6G时代太赫兹通信技术的研发2019年日本NTT集团成功研发出一款适用于太赫兹频段的射频模块并通过实验验证实现了高达100吉比特每秒的数据传输速率由于其工作频率高且波长短特性使得该技术可以在单位面积内集成大量天线阵元利用波束赋形技术可有效克服信道损耗问题从而满足大规模密集区域覆盖的需求尽管该技术在核心技术方面仍面临诸多挑战其中最为突出的问题在于现有固态太赫兹功率放大器的技术水平尚未完全成熟无法满足大规模覆盖需求而现有的高指向性太赫兹波束技术和动态跟踪技术也尚未取得突破性的进展基于射频模块构建的太赫兹通信系统虽然具备良好的小型化性能但在实际应用场景中仍难以满足地面通信需求

（2）可见光通信技术：可见光通信技术利用可见光波段的光作为信息载体开展数据通信活动。相较于无线电通信而言，该技术具有显著优势：首先能够提供丰富的频谱资源，并且这些频谱资源的应用并不需要任何频谱监管机构的授权许可；其次具备环保且无污染的优势，并且特别适用于医院、加油站等对电磁干扰敏感的场所；最后由于不可穿透性较高的特点，在传输过程中能够有效防止恶意截获导致的信息泄露问题。目前在日本、美国及德国等国家的相关高校和科研机构中已开展了大量研究工作，并取得了显著成果：试验样机均实现了超过10 Gbit/s的速度。然而该技术当前面临的主要应用限制包括以下几点：第一，在发射端仅支持调制带宽超过毫米波段的情况下才具有明显优势；第二在接收端检测器带宽和灵敏度仍相对较低，在复杂的NLOS场景下无法满足需求；第三终端设备还需具备精确控制光源束的能力才能实现集成化设计的目标。

（3）轨道角动量技术：基于不同本征值的涡旋电磁波正交特性原理，通过多路涡旋电磁波叠加实现了高速数据传输的技术方案，在移动通信领域拓展了新的物理维度。该技术可分为量子态轨道和统计态两种模式，在无线通信领域仍处于探索阶段。值得注意的是，在光领域已有一定应用成果，在此领域内美国与日本均处于领先研发地位。其中，日本NTT集团于2018年声称成功实现了11路涡旋电磁波叠加传输，并获得了高达100 Gbit/s的峰值传输速率记录。我国清华大学也完成了世界首次微波频段下27.5 km长距离的轨道角动量电磁波传输实验。然而，在无线通信的实际应用中仍面临诸多挑战：例如微波量子产生与耦合设备小型化等关键技术尚未完全突破；射频统计态轨道角动量传输技术则面临着如何有效产生正交涡旋电磁波、实现精确检测与分离以及优化抗干扰性能等问题

面对无线通信业务量激增与频谱资源短缺的尖锐矛盾日益加剧, 全双工技术被视为提高系统效率并减少传统TDD/FDD模式之间频率资源利用差异的关键解决方案之一[4]. 全双工利用自我抵消技术实现了收发链路间的灵活频率资源分配, 从而既提升了传输吞吐量又降低了信号传输时延. 目前, 全双工技术已形成空域、射频域及数字域协同对抗自我干涉的技术路线. 在空域维度, 通过天线位置优化和空间零陷波束等手段实现了空间自我干涉的有效隔离；在射频领域, 采用构建与接收端自我干涉信号幅角相反的抵消信号, 并在射频模拟域内完成这一抵消过程；而在数字领域, 则针对残留的线性和非线性自我干涉进行了重建和消除. 当前行业研究数据显示, 全双工系统的自我干涉抑制能力已达到115 dB, 这一水平足以满足小功率场景下的简单通信需求. 然而，在实际应用中, 全双工技术仍面临大功率动态自我干涉抑制、多天线射频领域自我干涉抑制、全双工组网技术和全双工核心器件芯片等多重挑战.

（5）空天地一体化通信：基于现有蜂窝网络框架，在其基础上整合卫星通信、短距离通信等非蜂窝技术，并融合相应的系统架构、通信协议及信息流实现全方位覆盖立体化布局的新型网络系统。该系统可实现太空、空中、陆地及海洋等空间领域内的统一服务覆盖与管理，在全球范围内形成高速宽带无线连接网络体系。然而由于空间传播环境等因素的影响天基一体化网络与传统地面移动通信网存在显著差异性特别是在网架结构接口标准以及频谱资源分配等方面均面临诸多 Unique 的技术挑战需要重点突破包括互联互通机制建立以及资源优化配置等问题

3 结束语

随着5G商用部署逐步推进，在全球范围内已拉开对6G愿景及关键技术的系统探索。本文旨在系统梳理并深入分析国际标准化组织及全球主要国家在6G核心观点和研究成果方面的共识与差异，并着重阐述6G如何在5G的基础上进一步拓展和完善物联网生态体系，在推动智能化社会生活的实现过程中发挥更大作用的同时，重点探讨了太赫兹通信技术、可见光通信技术、轨道角动量技术、全双工技术和空天地一体化通信等当前业内广泛关注的关键技术发展路径与技术难点。