下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
随着新技术的出现和现有技术的不断发展，如全息、机器人、微电子、新能源、光电子、人工智能和空间技术，许多前所未有的应用程序在移动网络中得到了发展。为了强调6G的独特特性并定义其技术要求，无线领域的研究人员试图识别有挑战性的用例，例如Jiang等人［2021］的定义。
● 全息类型通信（Holographic-Type Communication，HTC）：与使用双目视差的传统3D视频相比，真正的全息图可以尽可能自然地满足肉眼观察3D物体的所有视觉信息。随着近年来全息显示技术的显著提升，如微软的HoloLens，预计全息类应用将在未来十年成为现实。通过移动网络远程渲染高清全息图像可以带来真正身临其境的体验，例如，远程全息呈现将允许远程参与者以全息图的形式投影到会议室，或者允许在线培训或教育参与者与超现实物体互动。然而，HTC导致了对Tbit/s量级巨大带宽的需求，即使在图像压缩的情况下也是如此。除了二维（two-dimensional，2D）视频中的帧速率、分辨率和颜色深度，全息图质量还涉及体积数据，如倾斜、角度和位置。如果用每0.3°的图像来表示一个物体，那么具有30°视场和10°倾斜的基于图像的全息图需要3300个单独图像的2D阵列［Clemm et al.，2020］。全息类型通信还需要超低时延才能实现真正的沉浸感，以及用于重建全息图的大量相互关联数据流之间的高精度同步。
● 扩展现实（Extended Reality，ER）：结合增强现实、虚拟现实和混合现实，在5G时代开始出现扩展现实类型应用程序，但它仍处于起步阶段，类似移动互联网初期的视频服务。为了达到相同水平的图像质量，与2D视频流相比，具有360°视场的ER设备需要更高的数据吞吐量。为了获得理想的沉浸体验，需要具有更高分辨率、更高帧率、更多色彩深度和高动态范围的视频质量，这将导致每个设备的带宽需求超过1.6Gbit/s［Huawei VR Report，2018］。与4G网络饱和的视频流量类似，ER设备的激增将受到峰值速率为20Gbit/s的5G有限容量的限制，尤其是在小区边缘。交互式ER应用程序，如沉浸式游戏、远程手术和关键任务远程操作，除了需要高数据吞吐量，还需要低延迟和高可靠性。
● 触觉互联网：它提供极低的端到端（End-to-End，E2E）延迟，以满足人类感官极限的1毫秒或更短的反应时间［Fettweis et al.，2014］。结合高可靠性、高可用性、高安全性，甚至高吞吐量的服务需求，出现了许多有挑战的实时应用程序。触觉互联网将在工业4.0和智能电网的实时监控和远程工业试验管理中发挥关键作用。例如，通过ER或HTC流媒体提供的沉浸式视听信息，再加上触觉传感数据，人类操作员可以在被生物或化学危害包围的地方远程控制机器。以及由数百英里（1英里=1609.344米）外的医生进行的远程机器人手术。典型的闭环控制场景，特别是对于快速旋转的设备或机械对时间是敏感的，E2E延迟需求低于1ms。
● 多感官体验：人类利用五种感官（视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉）来感知外部环境，而目前的通信只关注光学（文本、图像和视频）和声学（音频、语音和音乐）媒体。味觉和嗅觉的参与可以创造一种完全沉浸式的体验，这可能会为食品行业带来一些新的服务［ITU-T NET-2030，2019］。此外，触觉通信的应用将发挥更关键的作用，并衍生出广泛的应用程序，如远程手术、远程控制和沉浸式游戏。然而，这个用例对低延迟提出了严格要求。
● 数字孪生：数字孪生用于创建物理（真实）对象完整而详细的虚拟副本。软件副本具有与原始对象相关的广泛特性、信息和性能。然后，这种孪生体被用来制造一个对象的多个副本，其具有完全自动化和智能化。早期数字孪生的推出吸引了许多垂直行业和制造商的极大关注。随着6G网络的发展，有望实现其全面部署。
● 普惠智能：随着移动智能设备的普及和机器人、智能汽车、无人机和VR眼镜等新型互联设备的出现，空中智能服务有望蓬勃发展。这些智能任务主要依赖于传统的计算密集型人工智能技术：计算机视觉、同步定位和映射（Simultaneous Localization And Mapping，SLAM）、人脸和语音识别、自然语言处理、运动控制等。由于移动设备的计算、存储和连接资源有限，6G网络将通过利用云、移动边缘和终端设备上的分布式计算资源，并培养高效通信的机器学习（Machine Learning，ML）训练和干扰机制，以人工智能即服务的方式提供普惠智能［Letaief et al.，2019］。例如，波士顿动力公司的Atlas等人形机器人可以将SLAM的计算负载卸载到边缘计算资源上，以提高运动精度，延长电池寿命，并通过移除一些嵌入式计算组件变得更轻。除了计算密集型任务，普惠智能还有助于对时间敏感的人工智能任务，以满足云计算在需要快速决策或对条件做出响应时的延迟约束。
● 智能交通和物流：在2030年及以后，数百万辆自动驾驶汽车和无人机为人员和货物提供了安全、高效和绿色的运输。为了保证乘客和行人的安全，自动驾驶网络对可靠性和延迟性有着严格的要求。无人机，尤其是无人机群，为各类前所未有的应用程序提供了可能性，同时也给移动网络带来了颠覆性的需求挑战。
● 增强型交通通信：随着经济的发展，人类的活动范围和活动频率将在未来十年迅速增加。乘坐商用飞机、直升机、高铁、游轮和其他交通工具的乘客数量将会非常巨大，这将带来对交通工具高质量通信服务的需求飙升。尽管前几代通信技术直到5G之前都做出了努力，但不可否认的是，由于高移动性、频繁切换、地面网络覆盖稀疏、带宽有限和卫星通信成本高等因素的影响，在大多数情况下，移动交通工具上的无线网络连接质量不能令人满意。借助可重复使用的太空发射技术和卫星的大规模生产，使得如太空探索技术公司的星链等大型卫星星座的部署成为现实，实现了低成本和高吞吐量的全球覆盖。考虑到这一点，6G有望成为地面网络、卫星通信和其他空中平台的集成系统，以提供无缝的3D覆盖，为广泛的通信服务提供高质量、低成本和全球漫游的通信保障。
● 全球普遍可连接性：前几代移动通信主要集中在密集的大都市地区，聚焦室内场景。然而，偏远、稀疏和农村地区的大量人口无法获得基本的信息和通信技术服务，这在世界各地的人类之间造成了巨大的数字鸿沟。此外，超过70%的地球表面被水覆盖，而海洋应用程序的增长需要水上和水下网络的覆盖。然而，无所不在的覆盖、足够的容量、可接受的服务质量（Quality of Service，QoS）和可承受的成本在全球范围内还远未实现。一方面，从技术上讲，地面网络不可能覆盖偏远地区和极端地形，如海洋、沙漠和高山地区。同时，为人口稀少的地区提供地面通信服务的成本太高。另一方面，地球静止轨道（Geostationary Earth Orbit，GEO）卫星的部署成本很高，目前每颗卫星的容量仅限于几Gbit/s［Qu et al.，2017］，仅适用于海事和航空等高端用户。如前所述，大规模近地轨道卫星星座的部署将实现低成本和高通量的全球通信服务。6G系统旨在利用地面网络、卫星星座和其他空中平台的协同作用，为全球MBB用户和广域物联网应用程序实现泛在的连接。