6G，数据的智能高速路
20世纪90年代初，美国副总统艾伯特·戈尔提出美国信息高速公路法案，随后美国在1993年9月宣布实施一项计划—“国家信息基础设施”建设，即“NII计划”，其目标是以因特网为依托，兴建信息时代的“高速公路”，让人们可以方便地共享海量信息资源。
这一举措促成了互联网1.0时代的到来并为未来信息社会的加速发展打下了坚实的基础。从那时开始一直到今天已经商用的5G，通信技术的进步始终伴随着，甚至可以说是促使着互联网技术的进步。
5G中的“G”即“Generation”，所以5G指的是第五代通信系统，那么在其之前就应该有过“1G-4G”。
没错，2010年之前移动通信已经走过了1G到3G的发展之路，其中1G主要实现了从无到有的移动语音通信，2G完善了语音通信的质量并催生了短信这一非实时讯息沟通工具，3G实现了初步的宽带通信。
特别是3G后期智能手机的发明，使得高速移动通信成为较为迫切的需求，这进一步推动了4G的发展。4G最初正是为了满足这一需求而研发，但在4G发展的后期，物联网的广泛应用则需要更先进的移动通信解决方案。5G正是在这个大背景之下诞生，根据IMT-2020（5G）推进组发布的《5G愿景与需求白皮书》，我们可知5G的愿景是“信息随心至，万物触手及”。
具体来说5G主要包括三个方面的应用：一是增强型移动宽带，即为用户提供100Mbit/s以上的速率，在保证现有应用基础上实现直播、虚拟现实等应用的速率需求；二是大连接物联网，其特点是小数据包、低功耗、大连接和免调度，这一特点主要满足智慧城市、智慧家庭、智能监测等以传感器和数据采集为目标的场景；三是低延时、高可靠通信，主要应用于车联网、远程医疗等领域。
在过去的半个世纪，移动通信技术基本延续了十年一代的发展规律，而下一代移动通信技术往往是在上一代移动通信技术催生了新的、使用当代移动通信技术无法满足的需求时而粉墨登场的。
5G商用之后仅仅不到五年，一种新的需求便开始萌芽，那就是以虚实交互为基础的、数智社会催生了万物数字化之后的海量数据处理、多平台算力输出、感知传递、自动驾驶等需求，这些需求目前5G技术无法完全满足，无疑将会促进新一代移动通信技术的发展。
图3.3 移动通信发展历程
根据各国对6G的布局来看，6G将可能在2030年左右得以大规模商用，在此之前6G的研发总体分为两个阶段：2025年之前主要是对6G的关键技术进行可行性验证，2025—2030年的主要任务则是标准化和产业化。目前，国际标准化组织并未公布6G的愿景，但从全球各研究机构的研究成果中可以总结出以下四个方面，即智慧连接、深度共享、全息交互和空地一体，借用《2030+愿景与需求报告》中的描述，6G的愿景应该是“数字孪生，智能泛在”[10]。报告认为，2030年之后的世界应该是虚拟与现实相融合的数字孪生世界，物理世界的人和人、人和物、物和物之间通过数字化和智能算法无缝连接。进一步设想，甚至物理世界与虚拟世界的界限也越来越模糊，凡是通过信息表达的事物均能通过数字化进行沟通，而6G在其中承担着重要的沟通通路角色。
所以说，6G的核心能力就是更好地将物理空间和信息空间关联起来，有效促进万物之间的互联与对话，这也满足了工业4.0时代的核心能力—信息物理系统能力（Cyber-Physical System，CPS）。
6G为了更好地满足未来“万物皆数”时代的需求，必须在频谱效率、网络能效、峰值速率、低延时、移动性、隐私保护等各方面较5G有大幅度提升。(https://www.daowen.com)
表3.1 5G与6G性能指标对比
关于6G，目前业界讨论最多的技术方向是太赫兹通信、可见光通信，并配合AI驱动的“空天地海”一体化频谱分配技术，进而实现高效、柔性的可重构网络。
在5G时代，国家为5G规划了三个频段，其中3GHz以下为低频段，主要满足广域覆盖需求；3-6GHz为中频段，主要提供大容量与大连接支持；6-300GHz为高频段，能够为用户提供低延时服务。
由此可见，6G如果要实现更高的容量和更低的延时能力，满足其需要的频谱资源主要是毫米波、太赫兹和可见光频段，其中300GHz-10THz的频段成为业界关注的重点。
太赫兹是指频率介于0.1-10THz之间的电磁波，它具备带宽大、速率高、方向性好等特点，另外在安全和空间通信方面也有不俗的表现。但波长越短的波在空间中传输时的能量损耗越大，所以如何克服这方面的弱点，让这个频段的波成为未来6G频段的主流是研究人员近年来需要攻克的技术难点之一。
图3.4 电磁波频段
为了弥补太赫兹和可见光频段电磁波固有的弱点，研究人员正在从超大规模天线技术、智能反射表面技术、轨道角动量技术等方面寻求突破，进而为6G商用扫除障碍。
可以想象，6G商用之后，数据处理和传输能力将会大大增强，那时元宇宙时代相关的应用将会随之如喷薄的泉水一样涌现出来。
根据中国移动2022年最新发布的《6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书》中的观点，6G在很多方面都支持元宇宙相关场景，比如，空天通信、人工智能、数字孪生、区块链等。《白皮书》认为，作为具备 “万物智联，数字孪生”能力的6G ，其总体设计理念应该具备智慧内生、安全内生、多域融合、算网一体四大特征，而这四大特征恰恰都是元宇宙相关的主要能力范畴。
特别值得重视的是，《白皮书》中列举的与6G相关的12项技术（6大架构类技术和6大能力类技术），直接与元宇宙相关的就有分布式网络技术、数字孪生网络技术、算力网络技术、可信数据服务、沉浸多感网络和语义通信等。
可见，6G时代的到来为元宇宙的迅速发展铺下了快车道。
