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摘要

多重因素驅動6G發展。一是解決5G網絡投資高、功耗高、運維難等挑戰的需求。二是“元宇宙”等未來新應用和新場景帶來信息處理新需求。三是移動通信技術、計算機技術、人工智能與大數據技術融合（ICDT）發展帶來的創新機遇。

ICDT融合的6G將是一個端到端的信息處理與服務系統，是通信網絡、感知網絡和算力網絡融合的智能網絡。本文嘗試提出信息處理效率概念作為6G直觀的能力度量，圍繞通信能力、計算能力、感知能力、AI能力和安全能力定義了6G能力矩陣及性能指標等級，并探討信息處理效率理論框架和最大化信息處理效率的技術途徑。

ICDT融合的6G網絡是感知、通信、計算、智能一體化架構，資源共享、能力開放，應用協同。本文通過定義網絡大腦、感知控制、計算控制、通信控制、用戶控制與業務控制等關鍵功能實體，構建了一體化網絡控制框架，并分析了分布式計算、分布式感知、分布式智能、內生安全和意圖管理等關鍵技術。

ICDT融合的6G空口是通信感知一體化空口、基于AI的空口，具備學習能力、通信能力、感知能力和多頻段融合組網能力。其中，基于無線感知的無線通信，以及基于無線通信的無線感知是兩個重點技術方向，具有高頻譜效率、高硬件效率和高信息處理效率三大優勢。

ICDT融合的6G終端是功能升級的智能體，一是從智能個人終端向更友好的終端體驗發展，二是從剛性形態向柔性形態發展，三是從個人終端向無人機、無人車、機器人及其他智能化設備的垂直應用終端發展，四是從封閉架構向開放模塊化終端發展，為6G的豐富應用提供了重要支撐。

ICDT融合的6G技術必然來帶ICDT融合產業形態，形成以集成電路、基礎軟硬件為上游，以信息處理基礎設施、能力平臺和終端為中游，升級的2C、2B和2G應用為下游的產業新格局。為了6G更好的發展，本文建議加快6G創新鏈與產業鏈融合發展，培養6G高端人才體系，形成創新與產業集群效應，解決6G發展面臨的理論、器件和芯片等瓶頸問題。

引言

信息技術發展日新月異。融合信息技術、通信技術、人工智能與大數據技術、數字孿生技術的6G技術持續發展。2020年11月全球6G大會上，《ICDT融合的6G網絡》白皮書1.0正式發布，指出6G將是一個端到端的信息處理與服務系統，其核心功能將從信息傳遞擴展到信息采集、信息計算與信息應用，提供更強的通信、計算、感知、智能和安全等多維內生能力。白皮書詳細闡述了ICDT融合的網絡架構與協議棧、感知通信計算一體化、空天地一體化、內生智能架構、意圖網絡、確定性網絡、孿生體域網、內生安全架構、開放網絡架構、AI使能空口、多功能空口等技術，以及太赫茲、可見光、超大規模天線、智能超表面、全息無線電、新波形新編碼等新空口使能技術。白皮書同時還介紹了智能泛終端、量子信息、生物信息和材料能源應用等跨界融合技術。

一年來，全球6G技術呈加速發展趨勢。2021年1月，歐盟正式啟動6G旗艦研究項目“Hexa-X”，2月份，美國貝爾實驗室發布了《6G通信白皮書》，3月，日本宣布投入500億日元進行6G技術研發，4月發布Beyond5G促進戰略-6G路線圖。4月，德國啟動首個有關6G技術的研究項目，并在7月公布6G資金。NGMN發布第一版《NGMN6G驅動力與愿景》白皮書。隨后啟動了6G用例研究與規范工作。5月，歐盟Horizon2020項目“REINDEER”啟動6G新天線技術研究，美國科學基金會面向NextG網絡發起RINGS計劃，6月，韓國宣布，在2025年之前投資2200億韓元開發和標準化6G核心技術，俄國無線電科學研究所向俄聯邦通信部提交了一份6G研發路線草案，中國IMT-2030(6G)推進組發布《6G總體愿景與潛在關鍵技術》白皮書，9月發布了《6G網絡架構愿景與關鍵技術展望》白皮書和《通信感知一體化技術報告》、《超大規模天線技術研究報告》等報告；6月，中國移動成立未來研究院，將致力于6G基礎研究。8月，英國布里斯托大學和倫敦國王學院成立了6GFutures中心。9月，華為發布《智能世界2030》報告。全球6G的發展呈現出跨界融合、多面突破的局面。

本白皮書是《ICDT融合的6G網絡》的第二版本，在1.0版本基礎上，將聚焦感知、通信、計算融合的網絡能力、架構、空口、終端和產業，介紹6G新進展，分析6G新問題，提出6G新方案。

近日，在由未來移動通信論壇和紫金山實驗室共同主辦的全球6G技術大會期間，發布了《面向6G的數字孿生技術白皮書》。

數字孿生依賴感知和控制，伴隨著6G技術、AI/ML以及安全技術的發展和成熟，有助于建立更完善有效的數字化模型，貫通信息孤島構成數字孿生社會。

數字孿生未來應用場景廣闊，將極大地賦能未來的6G網絡以及工業、農業、城市等眾多行業領域，為工業制造、農業生產、城市治理、社會服務和人們生活帶來無限的可能和便利。數字孿生技術也會不斷演化和演進，滿足人類生活共同體的新目標和新需求。

摘要

隨著潛在的第六代技術的出現，數字孿生可以成為6G的新驅動力。它可以廣泛應用于網絡、工業、農業和人體等領域。數字孿生技術是多種配套技術的有機結合。此外還介紹了一些采用數字孿生的解決方案，如移動網絡、智能交通和物聯網(IOT)。意圖感知數字孿生6G網絡可以是一個全生命周期的解決方案，由知識圖譜驅動。

數字孿生未來發展展望

數字孿生依賴感知和控制，伴隨著6G技術、AI/ML以及安全技術的發展和成熟，有助于建立更完善有效的數字化模型，貫通信息孤島構成數字孿生社會，產生的人類生活共同體[18]，實現可持續發展。

數字孿生未來應用場景廣闊，將極大地賦能未來的6G網絡以及工業、農業、城市等眾多行業領域，為工業制造、農業生產、城市治理、社會服務和人們生活帶來無限的可能和便利。數字孿生技術也會不斷演化和演進，滿足人類生活共同體的新目標和新需求。

數字孿生應用于6G網絡，從建模孿生網絡、獲取數據、智能計算等支撐技術到克服因大量數據采集、傳輸導致成本增加、能耗增大不利影響，可能產生新的技術突破，存在標準化潛在需求。

前言

移動通信系統具有“使用一代、建設一代、研發一代”的發展特點，預計到 2030 年將實現第六代移動通信系統（Sixth-Generation, 6G）的商用。世界各國已 經開始了6G 研究，例如芬蘭率先啟動6Genesis 旗艦研究計劃，美國聯邦通訊委 員會為6G 研究開放太赫茲頻譜。2019 年11 月，我國科技部成立了6G 技術研 發推進工作組和總體專家組，以“創新、協調、綠色、開放、共享”為內涵的新 發展理念，成為推動移動通信網絡可持續發展的思路、方向和著力點，標志著我 國6G 研究正式開始。

交通是興國之要、強國之基。2019 年9月，我國頒布的《交通強國建設綱 要》明確指出，到2035年，基本建成交通強國，到本世紀中葉，全面建成人民滿意、保障有力、世界前列的交通強國。為了符合未來智能交通通信的愿景，鐵路運輸行業需要開發創新的通信網絡架構和關鍵技術[1]，以確保為乘客及鐵路運營和控制系統提供高質量的傳輸。

6G 通信系統是一個地面無線與衛星通信集成的全連接世界，可實現全球無縫覆蓋，其不再是簡單的網絡容量和傳輸速率的突破，更是為了實現萬物互聯的“終極目標” 。6G 的數據傳輸速率可能達到第五代移動通信系統 （Fifth-Generation, 5G）的50 倍，時延縮短到5G 的十分之一，在峰值速率、時延、流量密度、連接密度、移動性、頻譜效率、定位能力等方面遠優于5G。在 超高速交通場景下，一些終端移動速度將超過1000km/h，需滿足超高速下的超高安全性和超高精度定位需求。而5G 定義的ITU指標僅支持500km/h 的移動速度，對安全和定位精度沒有定義。因此，對于未來智能交通應用場景帶來的指 標需求，僅依靠5G現有的網絡和技術是難以滿足的，需要未來的6G 網絡提供比5G 更全面的性能指標，如超低時延抖動、超高安全、立體覆蓋、超高定位精度等。

6G 的發展將為多元化的服務質量（Quality-of-Service, QoS）需求、實時觸 覺交互、定制開放服務、通信融合、廣播、計算、傳感、控制、安全和人工智能 等奠定基礎。6G 網絡架構方面還需要進行創新，如空天地海一體化網絡、全頻 譜全維度覆蓋、智能自感知、機器學習、優化與演進等。另一方面，未來智能交 通網絡的潛在應用包括自動列車駕駛、協同列車網絡、列車互聯、超高清（4K/8K）列車視頻、列車自組織網絡和超精確(厘米級)列車定位。

在6G 智能交通領域，國內外高校和研發機構相繼提出了多種技術方案[2]，但這些方案都處于概念階段，能否成功實現還需更深入的研究與驗證。歐洲鐵路 研究咨詢委員會（ERRAC）制訂了《Rail Route 2050》計劃，提出基于6G的高資源效率、智能化2050年軌道交通系統發展藍圖。歐盟Hexa-X 6G 項目面向高速移動場景和需求，定義了全新的6G智能網絡架構，開發和實現6G 各項關鍵使能技術。芬蘭6Genesis 研究計劃將自動駕駛作為主要應用場景之一，設計了 支持99.99999%可靠性、1ms 時延、和1000 km/h 超高速移動性的6G網絡和技術。

為了滿足6G 智能交通應用的要求，需要全新的移動通信網絡和技術突破， 包括但不僅局限于：

（1）去蜂窩大規模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）網絡架構：為了解 決超高移動性導致的傳統蜂窩網絡中頻繁的切換和巨大的開銷問題，去蜂窩大規模MIMO可保證無縫切換和高質量的覆蓋。

（2）通信-感知一體化技術：針對鐵路建設、裝備、運營的各個環節和場景，復用無線通信網絡與基礎設施的硬件設備、信號處理算法、通信協議等，將接入終端、基站甚至軌道交通無線通信網絡作為智能感知、透徹感知的載體[3]，從而支撐軌道交通建設環境的監測檢測、運營環境的監測檢測以及智能高效綠色的無線 通信。

（3）人工智能與安全技術：人工智能技術具有自學習、優化和演進的特點，在 6G 智能交通網中的應用前景廣闊。軌道交通的高效運行與高質量應用服務體驗，需要基于人工智能對海量數據及信道信息進行分析處理。同時，為了保障關鍵信 息、應用服務、以及運營的安全性，又需要融合一系列安全相關的技術，尤其是內生安全技術，在軌道交通網絡中實現可靠、安全的智能分析與計算。

（4）新的超可靠超低時延（Ultra-Reliable Low Latency Communications, URLLC） 技術：為保證自動列車的行駛速度達到1000 公里/小時以上(如新興的超級高鐵 系統)，進一步研究有限塊碼長下的新型URLLC 幀結構來實現超可靠性和超低延遲之間的權衡也是至關重要的[4]。

（5）數字孿生網絡：對軌道交通網絡進行實時的映射分析，包括對列車運行狀 態進行感知處理，對列車司機（如緊張、醉酒、困倦、興奮等）的行為進行監控、 預測和決策等，對高鐵的安全運營具有重要意義。基于6G 的數字孿生網絡可以從根本上改變列車及司機的歷史和當前行為、狀態的數字特征，從而進行反饋控 制并優化其性能。

通過應用6G 新網絡和新技術，未來智能交通的網絡、廣播、通信、互動和 安全將得到極大改善，從而大幅提升人們的出行體驗和效率。

來源：中國電子信息產業發展研究院

當前，全球新一輪科技革命和產業變革正在加速演進，人工智能（AI）、VR/AR、三維（3D）媒體和物聯網等新一代信息通信技術的廣泛應用產生了巨大的傳輸數據。

資料顯示，2010年全球移動數據流量為7.462 EB /月，而到2030年，這一數字將達到5016 EB /月，移動數據流量的快速增長對移動通信系統的迭代提出了更高的要求。此外，在制造、交通、教育、醫療和商業等社會的各個領域，智能化正成為不可逆的趨勢。

為了實現智慧城市的愿景，數百萬個傳感器將被嵌入到城市中的車輛、樓房、工廠、道路、家居和其他環境中，需要具有可靠連接性的無線高速通信方式來支持這些應用。隨著通信需求的提升，移動通信從1G逐步發展至現在的5G，并且5G已經在全球范圍內開始大規模部署。

5G與4G相比，能夠提供新功能并實現更好的服務質量（QoS）。盡管如此，以數據為中心的智能化系統的快速增長對5G無線系統的能力帶來了巨大挑戰。例如要保證虛擬現實（VR）設備良好的用戶體驗，至少需要10 Gbps的數據速率，這已經是超越5G（B5G）后才能實現的目標。

為了克服5G應對新挑戰的性能限制，需要開發具有新功能特性的6G無線系統。一方面，6G要實現對傳統蜂窩網絡所有功能的融合，例如支持網絡致密化、高吞吐量、高可靠性、低能耗以及大規模連接。另一方面，6G將運用新技術實現服務和業務的拓展，包括AI、智能可穿戴設備、自動駕駛汽車、擴展現實（XR）和3D投影等。

由賽迪智庫無線電管理研究所編寫的《6G概念及愿景白皮書》正式發布。本白皮書從6G愿景、6G應用場景、6G網絡性能指標、6G潛在關鍵技術、國際組織和各國6G研究進展等方面展開討論，并提出加快我國推進6G研發的相關建議。《6G概念及愿景白皮書》的發布將為業界在面向2030網絡及6G的研究方面提供重要參考。

從5G走向6G：打通虛實空間泛在智聯的統一網絡

自上世紀80 年代以來，移動通信基本上以十年為周期出現新一代革命性技術（如圖1所示），持續加快信息產業的迭代升級，不斷推動經濟社會的繁榮發展，如今已成為連接人類社會不可或缺的基礎信息網絡。從應用和業務層面來看，4G 之前的移動通信主要聚焦于以人為中心的個人消費市場，5G 則以更快的傳輸速度、超低的時延、更低功耗及海量連接實現了革命性的技術突破，消費主體將從個體消費者向垂直行業和細分領域全面輻射。特別是在5G與人工智能、大數據、邊緣計算等新一代信息技術融合創新后，能夠進一步賦能工業、醫療、交通、傳媒等垂直行業，更好地滿足物聯網的海量需求以及各行業間深度融合的要求，從而實現從萬物互聯到萬物智聯的飛躍。

6G應用場景展望

6G未來將以5G提出的三大應用場景（大帶寬，海量連接，超低延遲）為基礎，不斷通過技術創新來提升性能和優化體驗，并且進一步將服務的邊界從物理世界延拓至虛擬世界，在人—機—物—境完美協作的基礎上，探索新的應用場景、新的業務形態和新的商業模式。

人體數字孿生。當前網絡條件下，數字技術對人體健康的監測主要應用于宏觀身體指標監測和顯性疾病預防等方面，實時性和精準性有待進一步提高。隨著6G技術的到來，以及生物科學、材料科學、生物電子醫學等交叉學科的進一步成熟，未來有望實現完整的“人體數字孿生”，即通過大量智能傳感器（>100個/人）在人體的廣泛應用，對重要器官、神經系統、呼吸系統、泌尿系統、肌肉骨骼、情緒狀態等進行精確實時的“鏡像映射”，形成一個完整人體的虛擬世界的精確復制品，進而實現人體個性化健康數據的實時監測。此外，結合核磁、CT、彩超、血常規、尿生化等專業的影像和生化檢查結果，利用AI技術可對個體提供健康狀況精準評估和及時干預，并且能夠為專業醫療機構下一步精準診斷和制定個性化的手術方案提供重要參考。

空中高速上網。為了給乘客提供飛機上的空中上網服務，4G/5G時代通信界為此做過大量的努力，但總體而言，目前飛機上的空中上網服務仍然有很大的提升空間。當前空中上網服務主要有兩種模式——地面基站模式和衛星模式。如采用地面基站模式，由于飛機具備移動速度快、跨界幅度大等特點，空中上網服務將面臨高機動性、多普勒頻移、頻繁切換以及基站覆蓋范圍不夠廣等帶來的挑戰。如采用衛星通信模式，空中上網服務質量可以相對得到保障，但是成本太高。為了解決這一難題，6G將采用全新的通信技術以及超越“蜂窩”的新穎網絡架構，在降低網絡使用成本的同時保證在飛機上為用戶提供高質量的空中高速上網服務。

基于全息通信的XR。虛擬現實與增強現實（AR/VR）被業界認為是5G 最重要的需求之一。影響AR/VR 技術、應用和產業快速發展的一大因素是用戶使用的移動性和自由度，即不受所處位置的限制，而5G網絡能夠提升這一性能。隨著技術的快速發展，可以預期10年以后（2030~），信息交互形式將進一步又AR/VR逐步演進至高保真擴展現實（XR）交互為主，甚至是基于全息通信的信息交互，最終將全面實現無線全息通信。用戶可隨時隨地享受全息通信和全息顯示帶來的體驗升級——視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺乃至情感將通過高保真XR充分被調動，用戶將不再受到時間和地點的限制，以“我”為中心享受虛擬教育、虛擬旅游、虛擬運動、虛擬繪畫、虛擬演唱會等完全沉浸式的全息體驗。

新型智慧城市群。隨著數字時代的不斷演進，通信網絡成為智慧城市群不可或缺的公共基礎設施。對城市管理部門而言，城市公共基礎設施的建設和維護是重要職責。目前，由于不同的基礎設施由不同的部門分別建設和管理，絕大部分城市公共基礎設施的信息感知、傳輸、分析、控制仍處于各自為政現狀，缺乏統一的平臺。作為城市群的基礎設施之一，6G 將采用統一網絡架構，引入新業務場景，構建更高效更完備的網絡。未來6G網絡可由多家運營商投資共建，采用網絡虛擬化技術、軟件定義網絡和網絡切片等技術將物理網絡和邏輯網絡分離。人工智能（AI）深度融入6G 系統，將在高效傳輸、無縫組網、內生安全、大規模部署、自動維護等多個層面得到實際應用。

全域應急通信搶險。6G將由地基、海基、空基和天基網絡構建成分布式跨地域、跨空域、跨海域的空—天—海—地一體化網絡。到2030年以后，“泛在連接”將成為6G網絡的主要特點之一，完成在沙漠、深海、高山等現有網絡盲區的部署，實現全域無縫覆蓋。依托其覆蓋范圍廣、靈活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面災害影響等特點，6G通信網絡在應急通信搶險、“無人區”實時監測等領域應用前景廣闊。例如，在發生地震等自然災害造成地面通信網絡毀壞時，可以整合天基網絡（衛星）和空基網絡（無人機）等通信資源，實現廣域無縫覆蓋、隨時接入、資源集成支撐應急現場遠距離保障和扁平化的應急指揮。此外，利用6G網絡還可以對沙漠、海洋、河流等容易發生自然災害的區域進行實時動態監控，提供沙塵暴、臺風、洪水等預警服務，將災害損失降到最低。

智能工廠PLUS。利用 6G 網絡的超高帶寬、超低時延和超可靠等特性，可以對工廠內車間、機床、零部件等運行數據進行實時采集，利用邊緣計算和AI等技術，在終端側直接進行數據監測，并且能夠實時下達執行命令。6G中引入了區塊鏈技術，智能工廠所有終端之間可以直接進行數據交互，而不需要經過云中心，實現去中心化操作，提升生產效率。不僅限于工廠內，6G可保障對整個產品生命周期的全連接。基于先進的6G網絡，工廠內任何需要聯網的智能設備/終端均可靈活組網，智能裝備的組合同樣可根據生產線的需求進行靈活調整和快速部署，從而能夠主動適應制造業個人化、定制化C2B的大趨勢。智能工廠PLUS將從需求端的客戶個性化需求、行業的市場空間，到工廠交付能力、不同工廠間的協作，再到物流、供應鏈、產品及服務交付，形成端到端的閉環，而6G貫穿于閉關的全過程，扮演著重要角色。

網聯機器人和自治系統。目前，一些汽車技術研究人員正在研究智能網聯汽車。6G有助于網聯機器人和自主系統的部署，無人機快遞系統就是這樣的一個案例。基于6G無線通信的自動車輛可以極大地改變我們的日常生活方式。6G系統將促進自動駕駛汽車或無人駕駛汽車的規模部署和應用。自動駕駛汽車通過各種傳感器來感知周圍環境，如光探測和測距（LiDAR）、雷達、GPS、聲納、里程計和慣性測量裝置。6G系統將支持可靠的車與萬物相連（V2X）以及車與服務器之間的連接（vehicle to server）。對于無人機（UAV），6G將支持無人機與地面控制器之間的通信。無人機在軍事、商業、科學、農業、娛樂、城市治理、物流、監視、航拍、搶險救災等許多領域都有廣闊的應用空間。此外，當蜂窩基站不存在或者不工作時，無人機可以作為高空平臺站（HAPS）為該區域的用戶提供廣播和高速上網服務。

6G技術將代表著通信網絡的發展，今天介紹的是來自MITRE 公司的技術報告“6G AND ARTIFICIAL INTELLIGENCE & MACHINE LEARNING”。

1G到6G蜂窩網絡的演進及代表性應用

隨著第五代 (5G) 技術部署率的提高和標準繼續趨于穩定，研究人員已將注意力轉向 6G。新的用例和潛在的性能不足，已經引發了研究熱潮。早期工作集中在關鍵基礎研究上，這些研究將支持下一代通信網絡的目標目標，例如 1 Tbps 峰值數據速率、1 ms 端到端延遲和長達 20 年的電池壽命。

為了支持這項研究，國際會議如雨后春筍般涌現。例如，6G無線峰會和6G研討會，其中幾個關鍵研究課題已經開始上升。主題包括太赫茲通信、量子通信、大數據分析、無細胞網絡和無處不在的人工智能 (AI)。

6G系統架構的潛在愿景

本文關注無處不在的人工智能，它有可能徹底塑造新的 6G 網絡。為了實現更快的速率和更低的延遲性能增益，將需要一個高效的網絡。網絡必須在干擾豐富的環境中動態分配資源、改變業務流和處理信號。

Pervasive AI 是完成這些任務的主要候選者。通過優化網絡和設計新波形，人工智能和機器學習 (ML) 將作為 6G 技術的推動者發揮重要作用。討論和研究已經集中在將 AI 應用于擬議網絡的各個部分，可以通過將 AI 應用程序映射到標準開放系統互連網絡層模型來最好地總結這一點。包括物理、數據鏈路、網絡和應用程序在內的所有層似乎都是早期的研究目標。

動態安全和網絡切片管理的新方法也在考慮之中。所有這些推動力都在朝著智能生態系統發展。此外，6G 技術本身將推動 AI/ML 的進一步發展，例如通過有效傳輸（AI/ML）算法來利用 6G 傳感器的本地數據。盡管處于開發的早期階段，但 6G 顯示出潛在的進化變化，有望豐富用戶體驗并實現新的用例。

OSI層模型中的AI/ML用例

【結論】

6G技術將代表著通信網絡的發展，該技術計劃提供具有持久信息共享的完全沉浸式連接。預計用戶數量、數據類型和用例都將推動開發6G技術的需求。隨著關鍵研究領域的出現，一些全球會議正進入第二年。目前正在討論的領域包括太赫茲通信、量子通信和普適人工智能，以及增強現實、全息臨場感和電子醫療、工業4.0和機器人等廣泛的使用案例，以幫助推動6G目標的關鍵性能指標。

人工智能和機器學習(ML)將在6G網絡的發展中發揮重要作用，因為6G網絡需要快速優化用戶服務質量、網絡安全和物理定律之間的競爭利益。因此，作為商品的數據將變得更加重要，價值是通過數據創造、數據消費，以及最重要的數據信息內容來產生的。數據的質量將為這個智能通信生態系統產生商品的價值。

隨著運營模式的改變、數據來源和獲取方法的發展，6G技術將極大地影響我們所有的政府利益相關者。有必要對基礎研究問題和系統級實施挑戰進行調查。在高層，我們設想著手解決四個關鍵領域:

?提高了對有限數據集中信息內容的數據的理解，并改進了用于算法基準測試的射頻(RF)數據目錄。

?跨層無線優化，通過多功能設備協調、數據共享和人工智能任務，實現大規模機器對機器通信。

?測試和評估快速算法開發和部署，以及以rf為中心的AI/ML算法診斷/監控方法。

?向全球標準機構提交貢獻，以影響6G方向，反映美國政府的要求和6G用例。

數字孿生是一種“實踐先行、概念后成”的新興技術理念，與物聯網、模型構建、仿真分析等成熟技術有非常強的關聯性和延續性。

來源 | 中國移動通信有限公司研究院（轉載請注明來源）

編輯 | 蒲蒲 數字孿生是一種數字化理念和技術手段，它以數據與模型的集成融合為基礎與核心，通過在數字空間實時構建物理對象的精準數字化映射，基于數據整合與分析預測來模擬、驗證、預測、控制物理實體全生命周期過程，最終形成智能決策的優化閉環。其中，面向的物理對象包括實物、行為、過程，構建孿生體涉及到的數據包括實時傳感數據和運行歷史數據，集成的模型涵蓋物理模型、機理模型和流程模型等。

隨著經濟社會數字化轉型的持續推進，數字孿生逐漸成為產業各界關注的熱點技術。數字孿生起源航天軍工領域，近年來持續向智能制造、智慧城市等垂直行業拓展，實現機理描述、異常診斷、風險預測、決策輔助等應用價值，已成為助力企業數字化轉型、促進數字經濟發展的重要抓手。

《數字孿生技術應用白皮書（2021）》聚焦數字孿生關鍵技術和行業應用發展，梳理數字孿生整體發展情況，深入分析技術體系和典型垂直行業應用場景，旨在為產業界在規劃實施數字孿生相關應用時提供參考借鑒，助力數字孿生技術演進和產業發展。

白皮書指出，從政策層面來看，數字孿生成為各國推進經濟社會數字化進程的重要抓手；從行業應用層面來看，數字孿生成為垂直行業數字化轉型的重要使能技術；從企業主體層面來看，數字孿生被納入眾多科技企業戰略大方向，成為數字領域技術和市場競爭主航道；從標準化層面來看，數字孿生標準體系初步建立，關鍵領域標準制修訂進入快車道。

數字孿生具有四個典型的技術特征：

（一）虛實映射。數字孿生技術要求在數字空間構建物理對象的數字化表示，現實世界中的物理對象和數字空間中的孿生體能夠實現雙向映射、數據連接和狀態交互。

（二）實時同步。基于實時傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動態反映物理對象的狀態變化，包括外觀、性能、位置、異常等。

（三）共生演進。在理想狀態下，數字孿生所實現的映射和同步狀態應覆蓋孿生對象從設計、生產、運營到報廢的全生命周期，孿生體應隨孿生對象生命周期進程而不斷演進更新。

（四）閉環優化。建立孿生體的最終目的，是通過描述物理實體內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優化指令或策略，實現對物理實體決策優化功能的閉環。

作為發展數字經濟的重要使能技術，數字孿生近年來備受業界關注，技術體系不斷發展，核心技術快速演進，產業生態持續完備，行業應用走深向實，成為促進工業、城市、交通、網絡等垂直行業實現數智化轉型的重要抓手。

但同時也需要注意，數字孿生作為一項新興技術理念，尚處于發展初期，仍存在許多短板問題亟待破解。

一是實施成本高企。數字孿生技術的實現涉及到企業研發、生產、供應鏈、管理等系統的改造，投資大、沉沒成本高。受限于此，目前數字孿生往往僅能成為大企業“錦上添花”的高端技術應用，而難以成為廣大小企業“雪中送炭”的普適技術應用。

二是產業基礎薄弱。數字孿生產業鏈長、分工細致、碎片化程度高，跨領域之間的技術融合性較差、資源整合難，存在IT企業不懂行業機理、OT企業難以報團的突出痛點，亟需產業整合者的出現。

三是商業模式不成熟。不同垂直行業對數字孿生的需求差異大，垂直行業內需求“長尾效應”顯著，解決方案的可復制性不強，導致數字孿生應用多以項目交付型為主，平臺化、模塊化程度較低，不利于高效推廣。

四是技術短板凸顯。在機理建模、仿真分析、數據集成等方面的技術短板制約了數字孿生技術整體的應用深度，同時部分核心技術被國外龍頭企業壟斷，“安可”有潛在風險。

整體上來看，為進一步促進數字孿生技術融合發展，形成產業合力，推廣技術應用，打造賦能千行百業的通用技術底座，業界需要從頂層設計、技術攻關、生態構建和標準化四個層面重點突破。

一是頂層設計層面，在相關部委指導下聯合產業多方智庫力量盡快研究明確數字孿生中長期發展規劃，為技術產業發展指明方向和路徑。同時建立完備的數字孿生評價體系，從建模精度、數據互通性、同步演進性、智能化程度、系統間數據的共享程度等多種維度構建評價指標，牽引數字孿生向高階演進。

二是技術攻關層面，聚焦數字孿生基礎理論及關鍵核心技術，鼓勵產學研聯合研發，在信息建模、機理建模、模型同步、模型融合、智能決策、智能感知和信息安全等方面突破一批技術瓶頸，形成基礎扎實、穩定成熟的技術體系。

三是生態構建層面，數字孿生產業鏈長，技術體系復雜，垂直行業壁壘高筑，需要產業各方協同創新、優勢互補、形成合力，特別是在基礎設施共建、跨領域技術融合、數據共享互認、能力開放互用等方面形成長效協同機制，依托產業聯盟、創新中心等方式加深產業鏈的交流合作與需求對接，構建優勢互補、協同共贏的產業生態。

四是標準化層面，在技術發展初期，盡快完善術語、通用架構等基礎共性標準，形成統一的話語體系和規范性指導框架。在此基礎上，進一步對信息模型、數據集成、平臺等數字孿生核心要素和垂直行業應用模式進行規范統一，力求快速形成覆蓋數字孿生基礎共性、關鍵技術和行業應用的標準體系。

“來源：網絡通信與安全紫 金山實驗室”。

互聯網技術已經提供種類繁多的應用服務如電子商務、視頻會議、 語音通話等，取得了極大的成功。但現有“盡力而為”互聯網不能很 好滿足工業、農業和服務業中新興系統如智能制造系統、無人運載系 統、超遠程控制系統、智能決策系統、遠程醫療系統、智慧農業系統、 視頻競技系統等的超低時延、超低抖動、超高可靠的確定性通信要求。

確定性網絡用于提供實時數據傳輸，保證確定的通信服務質量如 超低上界的時延、抖動、丟包率，上下界可控的帶寬，以及超高下界 的可靠性。確定性網絡能夠滿足三大產業中新興系統的高質量通信需 求。本白皮書介紹確定性網絡技術特征和需求，闡述確定性網絡包括 時間敏感網絡（TSN）、靈活以太網（FlexE）、確定網（DetNet）、確 定性 IP（DIP）網絡、確定性 WiFi（DetWiFi）、第五代移動通信確定 性網絡（5GDN）的技術現狀、發展趨勢和標準，介紹確定性網絡應 用場景和案例，并給出確定性網絡和產業融合發展的建議。

本白皮書旨在吸引更多研究、工程和產業人員參與確定性網絡的 理論研究、技術攻關和應用落地；通過確定性網絡技術實現未來網絡 變革，抓住“確定性網絡+”的技術和經濟發展機遇，推動各行業朝 著信息化、數字化、網絡化和智能化的方向升級。

當前，新一輪科技革命和產業變革突飛猛進，隨著5G商用的大規模部署，全球業界已開啟對下一代移動通信（6G）的探索研究。日前，IMT-2030(6G)推進組（以下簡稱“推進組”）正式發布《6G總體愿景與潛在關鍵技術》白皮書，本白皮書作為推進組的階段性成果，內容涵蓋總體愿景、八大業務應用場景、十大潛在關鍵技術等，并闡述了對6G發展的一些思考。

6g總體愿景

隨著5G大規模商用，全球業界已開啟對下一代移動通信技術（6G）的研究探索。面向2030年及未來，人類社會將進入智能化時代，社會服務均衡化、高端化，社會治理科學化、精準化，社會發展綠色化、節能化將成為未來社會的發展趨勢。

從移動互聯，到萬物互聯，再到萬物智聯，6G將實現從服務于人、人與物，到支撐智能體高效聯接的躍遷，通過人機物智能互聯、協同共生，滿足經濟社會高質量發展需求，服務智慧化生產與生活，推動構建普惠智能的人類社會。

在數學、物理、材料、生物等多類基礎學科的創新驅動下，6G將與先進計算、大數據、人工智能、區塊鏈等信息技術交叉融合，成為服務生活、賦能生產、綠色發展的基本要素。6G將充分利用低中高全頻譜資源，實現空天地一體化的全球無縫覆蓋，隨時隨地滿足安全可靠的“人機物”無限連接需求。

6G將提供完全沉浸式交互場景，支持精確的空間互動，滿足人類在多重感官、甚至情感和意識層面的聯通交互，通信感知和普惠智能不僅提升傳統通信能力，也將助力實現真實環境中物理實體的數字化和智能化，極大提升信息通信服務質量。

6G將構建人機物智慧互聯、智能體高效互通的新型網絡，在大幅提升網絡能力的基礎上，具備智慧內生、多維感知、數字孿生、安全內生等新功能。

6G將實現物理世界人與人、人與物、物與物的高效智能互聯，打造泛在精細、實時可信、有機整合的數字世界，實時精確地反映和預測物理世界的真實狀態，助力人類走進人機物智慧互聯、虛擬與現實深度融合的全新時代，最終實現“萬物智聯、數字孿生”的美好愿景。

6G潛在應用場景

（一）沉浸式云XR：虛擬空間的廣闊天地

擴展現實（XR）是虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）等的統稱。云化XR技術中的內容上云、渲染上云、空間計算上云等將顯著降低XR終端設備的計算負荷和能耗，擺脫了線纜的束縛，XR終端設備將變得更輕便、更沉浸、更智能、更利于商業化。

面向2030年及未來，網絡及XR終端能力的提升將推動XR技術進入全面沉浸化時代。云化XR系統將與新一代網絡、云計算、大數據、人工智能等技術相結合，賦能于商貿創意、工業生產、文化娛樂、教育培訓、醫療健康等領域，助力各行業的數字化轉型。

（二）全息通信：身臨其境的極致體驗

隨著無線網絡能力、高分辨率渲染及終端顯示設備的不斷發展，未來的全息信息傳遞將通過自然逼真的視覺還原，實現大滿足人類對于人與人、人與物、人與環境的溝通需求。

未來全息通信將廣泛應用于文化娛樂、醫療健康、教育、社會生產等眾多領域，使人們不受時間、空間的限制，打通虛擬場景與真實場景的界限，使用戶享受身臨其境般的極致沉浸感體驗。但同時，全息通信將對信息通信系統提出更高要求，在實現大尺寸、高分辨率的全息顯示方面，實時的交互式全息顯示需要足夠快的全息圖像傳輸能力和強大的空間三維顯示能力。

對于全息通信應用于“數字人”的靶向治療、遠程顯微手術等特殊場景，由于信息的丟失意味著系統可靠性的降低，且為滿足延時要求，傳輸的數據通常不可以選擇重傳，所以要求數據傳輸具有超高安全性和可靠性。

（三）感官互聯：多維感官的交融響應

面向2030年及未來，更多感官信息的有效傳輸將成為通信手段的一部分，廣泛應用于醫療健康、技能學習、娛樂生活、道路交通、辦公生產和情感交互等領域。

為了支撐感官互聯的實現，需要保證觸覺、聽覺、視覺等不同感官信息傳輸的一致性與協調性，毫秒級的時延將為用戶提供較好的連接體驗。觸覺的反饋信息與身體的姿態和相對位置息息相關，對于定位精度將提出較高要求。在多維感官信息協同傳輸的要求下，網絡傳送的最大吞吐量預計將成倍提升。

安全方面，由于感官互聯是多種感官相互合作的通信形式，為保護用戶的隱私，通信的安全性必須得到更有力的保障，以防止侵權事件的發生。感官數字化表征方面，各種感覺都具有獨一其單獨和聯合的編譯碼方式，使得各種感覺都能夠被有效地表示。

（四）智慧交互：情感思維的互通互動

依托未來6G移動通信網絡，有望在情感交互和腦機交互（腦機接口）等全新研究方向上取得突破性進展。具有感知能力、認知能力、甚至會思考的智能智能體之間的支配和被支配關系將開始向著有情感、有溫度、更加平等的類人交互轉化。

具有情感交互能力的智能系統可以通過語音對話或面部表情識別等監測到用戶的心里、情感狀態，及時調節用戶情緒以避免健康隱患；通過心念或大腦來操縱機器，讓機器替代人類身體的一些機能，可以彌補殘障人士的生理缺陷、保持高效的工作狀態、短時間內學習大量知識和技能、實現“無損”的大腦信息傳輸等。

（五）通信感知：融合通信的功能拓展

未來6G網絡將可以利用通信信號實現對目標的檢測、定位、識別、成像等感知功能，無線通信系統將可以利用感知功能獲取周邊環境信息，智能精確地分配通信資源，挖掘潛在通信能力，增強用戶體驗。

6G將利用無線通信信號提供實時感知功能，獲取環境的實際信息，并且利用先進的算法、邊緣計算和AI能力來生成超高分辨率的圖像，在完成環境重構的同時，實現厘米級的定位精度，從而實現構筑虛擬城市、智慧城市的愿景。

（六）普惠智能：無處不在的智慧內核

到2030年，越來越多的個人和家用設備、各種城市傳感器、無人駕駛車輛、智能機器人等都將成為新型智能終端。不同于傳統的智能手機，這些新型終端不僅可以支持高速數據傳輸，還可以實現不同類型智能設備間的協作與學習。

可以想象，未來整個社會通過6G網絡連接起來的設備數量將到達萬億級，這些智能體設備通過不斷的學習、交流、合作和競爭，可以實現對物理世界運行及發展的超高效率模擬和預測，并給出最優決策。

（七）數字孿生：物理世界的數字鏡像

隨著感知、通信和人工智能技術的不斷發展，物理世界中的實體或過程將在數字世界中得到數字化鏡像復制，人與人、人與物、物與物之間可以憑借數字世界中的映射實現智能交互。通過在數字世界挖掘豐富的歷史和實時數據，借助先進的算法模型產生感知和認知智能，數字世界能夠對物理實體或者過程實現模擬、驗證、預測、控制，從而獲得物理世界的最優狀態。

未來6G時代將進入虛擬化的孿生數字世界。在醫療領域，醫療系統可以利用數字孿生人體的信息，做出疾病診斷并預判最佳治療方案；在工業領域，通過數字域優化產品設計，可降低成本并提高效率；在農業領域，利用數字孿生進行農業生產過程的模擬和推演，可以提前預知不利因素，提高農業生產的能力與土地利用效率；在網絡運維領域，通過數字域和物理域的閉環交互、認知智能、以及自動化運維等操作，網絡可快速適應復雜多變的動態環境，實現規劃、建設、監控、優化和自愈等運維全生命周期的“自治”。

（八）全域覆蓋：無縫立體的超級連接

全域覆蓋將實現全時全地域的寬帶接入能力，為偏遠地區、飛機、無人機、汽車、輪船等提供寬帶接入服務；為全球沒有地面網絡覆蓋的地區提供廣域物聯網接入，保障應急通信、農作物監控、珍稀動物無人區監控、海上浮標信息收集、遠洋集裝箱信息收集等服務；提供精度為厘米級的高精度定位，實現高精度導航、精準農業等服務；此外，通過高精度地球表面成像，可實現應急救援、交通調度等服務。

具體內容如下

日前，紫光股份旗下新華三集團（以下簡稱：新華三）聚焦前沿技術發布了《新華三2021十大技術趨勢觀點白皮書》（以下簡稱：白皮書），新華三通過白皮書展現了其引領業界的前瞻洞察，并結合自身深厚的技術積累和豐富的一線實踐經驗，為中國數字經濟的高質量發展提供強大賦能。

白皮書提到，今年正值“十四五”開局之際，數字經濟成為拉動社會經濟增長的重要引擎，數字中國建設的長遠目標為人們的生產和生活構筑了美好的數字生活新圖景。面向未來數字化發展大趨勢，各行業有必要攜手激活數據要素潛能，加快建設數字經濟、數字社會，以數字化轉型整體驅動社會生產方式、生活方式和治理方式變革。這其中，打造完善的新型數字基礎設施成為推動數字經濟發展的關鍵，以云計算、5G、AI等為代表的數字技術加速融入各行業，成為驅動產業轉型升級的重要力量。

白皮書指出，“新基建”新技術的落地開花，可連接終端量迎來全新突破，數據量、網絡流量呈爆炸式增長。2021年，全行業將逐步邁向高質量精品網絡，深化行業虛擬專網在重點行業的部署，深入推進云網融合，加強關鍵信息基礎設施安全保障等，全方位推動新型基礎設施建設。未來，新技術還將助推各行業全面打造數字經濟新優勢，充分發揮海量數據和豐富應用場景優勢，促進數字技術與實體經濟深度融合，賦能傳統產業轉型升級，催生新產業新業態、新模式，壯大經濟發展新引擎。

此外，基于深厚業務實踐，新華三與來自產學研用各界的頂尖專家學者碰撞觀點，結合第三方權威數據，提出十大熱點技術趨勢判斷：

1、智能網絡成就一體化數字基礎設施，未來通過融合先進的大數據、AI等技術，逐步構建“萬億級、人事物、全時空、安全、智能”的未來網絡；

2、5G專網助推新行業應用落地，未來5年全球5G專網復合增長率將達到40%，并在能源、工業制造等領域實現突破；

3、硅光融合促進通信高速發展，未來5年硅光光模塊將在光模塊中占據35%以上份額，超大容量硅光交換機將有望商用；

4、芯片方案多樣化應對多重挑戰，高性能、低功耗、小尺寸、功能豐富的芯片加速落地，為用戶帶來更好的應用體驗；

5、分布式全閃存突破存儲瓶頸，將應用到更多場景中，未來5年采用該架構的存儲系統比例將達到35%；

6、新應用加速組件推動計算架構演進，未來數據處理單元將融合網絡、存儲、AI、圖形加速能力，實現微觀層面的計算存儲一體化；

7、云原生促進云計算架構統一，構建云原生的基礎設施和應用成為必然趨勢，未來5年超過80%的新應用為云原生應用；

8、人工智能面臨的諸多問題將逐步得到解決，智能應用將會迎來規模化普及。未來5年，超過50%的大型企業在其關鍵業務中采用AI；

9、數字孿生激發虛實融合的無限潛能，未來5年數字孿生市場將達到300億美元，并在智慧城市、智能制造等領域得到廣泛應用；

10、新運維模式布局更廣泛，未來5年，近69%的企業運維向以智能化為核心具備六大關鍵能力的新運維模式轉型。

日前，賽迪智庫發布《6G全球進展與發展展望白皮書》（以下簡稱“白皮書”）。白皮書從全球各國 6G 戰略布局、行業龍頭企業研究、潛在關鍵技術、應用場景的最新進展以及面臨的形勢及挑戰等方面展開論述，并提出加快推進我國 6G 研發的相關建議。

白皮書提到，隨著全球 5G 網絡規模化商用步入快車道，針對 6G 研發的戰略性布局已全面拉開帷幕。目前，全球多個國家和地區、國際組織以及學術界、產業界均開展了6G 研究。業界雖然還尚未對 6G 的愿景、關鍵技術、標準等形成統一的共識，但對于 6G 商用演進時間節點看法較為一致，目前一般預期將在 2030 年左右開始商用。

白皮書指出，全球范圍內 6G 的研究總體來說仍處于起步階段，整體技術路線尚不明確，目前主要在 6G 愿景目標、應用場景、基本指標、潛在關鍵技術等方面的研究取得了一定進展。從目前的研究來看，6G 總體愿景是基于 5G 愿景的進一步擴展和升級。針對 5G 在信息交互方面存在的空間范圍受限和性能指標難以滿足某些垂直行業應用的不足，6G 將具有更加泛在的連接、更大的傳輸帶寬、更低的端到端時延、更高的可靠性和確定性以及更智能化的網絡特性。