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本文由EETOP从《自然》杂志翻译和编辑。由于长度的限制，
摘要
第五代(5G)通信的标准化已经完成，将于2020年投入商业运营6G通信的前景和规划已经开始，旨在为20世纪30年代的未来需求提供通信服务。在这里，我们提供了6G前景，可以作为后5G时代的研究指南。我们相信，以人为本的移动通信仍将是6G最重要的应用，6G网络应该以人为本。因此，高安全性、保密性和隐私性应该是6G的关键特征，并且应该受到无线研究界的特别关注。为了支持这一愿景，我们提供了一个系统框架，在这个框架中，6G的潜在应用场景是可以预期和细分的。随后，我们定义了6G的关键潜在特性，并讨论了所需的通信技术。我们还将讨论通信技术以外的问题，这些问题可能会阻碍6G的研究和部署。
概述
自从贝尔实验室首次开发高级移动电话系统(AMPS)(后称为第一代(1G)网络)以来，无线通信网络在过去40年中经历了三次大规模的彻底更新，形成了2G、3G和4G网络。5G网络的引入正在进行中。它有望在2020年实现商业化。研究人员已经开始考虑未来的6G通信网络。
从这个角度出发，我们考虑6G应该是什么我们相信，尽管其他应用场景将变得无处不在且越来越重要，但传统移动通信仍将是21世纪30年代6G最重要的应用。因此，6G网络应该以人为中心，而不是以机器、应用程序或数据为中心基于这一原则，高安全性、保密性和隐私性应该是6G的关键特征此外，用户体验将是6G通信网络的关键指标为了支持6G通信的愿景，我们提供了一个全面系统的框架。具体来说，我们首先预测并细分了6G的潜在应用场景然后，我们定义了6G的关键特性，并讨论了所需的使能通信技术。我们还讨论了通信技术以外的其他问题，这些问题可能会对20世纪30年代6G的研究和部署产生重大影响。
background
为了证明我们6G的观点是正确的，我们首先提供一些背景知识，涵盖了从1G到4G的网络演进，5G的现状以及到6G的当前研究进展(图1)
图1:从1G到假设6G的不同通信网络的用户感知
语音和文本在1G和2G中都有提供图片和视频在3G和4G网络中变得非常普遍。在5G中，可以使用实时超高清3D数据在6G中，我们可以拥有无处不在的虚拟存在请注意，数字底部年份之间的差距已经扩大，以反映不同通信网络不断增长的能力。
无线通信从1G到4G
起源于19世纪马可尼对无线电报技术的开创性演示，其理论基础是1948年形成的香农信息论20世纪80年代，1G模拟无线蜂窝网络被用于语音移动通信。20世纪90年代早期，它被2G数字蜂窝网络所取代。由于数字化，2G除了传统的语音服务之外，还可以提供加密服务和数据服务，如短信。21世纪初，以宽带码分多址(WCDMA)、码分多址2000、时分同步码分多址(TD-SCDMA)和WiMAX为代表的3G技术使得接入互联网、视频通话、移动电视等各种数据业务成为可能。在2009年启动的4G LTE网络中，多输入多输出天线架构、正交频分复用(OFDM)和全互联网协议(IP)技术被联合应用来实现高速移动数据传输4G在技术和商业上都取得了巨大的成功。随着智能手机和平板电脑的普及，移动通信已经成为主流，在4G网络中提供了可观的数据吞吐量。4G给重塑社会带来了什么样的信息和通信技术？
2014发表了一篇论文，讨论了5G的实现，指出实现5G的关键技术是网络加密、毫米波传输和大规模多输入多输出架构。从那以后，5G的概念逐渐得到巩固。为了在2020年实现大规模商业部署，各大技术公司和运营商现已开始建设5G网络。
处于5G网络的第一部署阶段。相应的5G网络运行在2-6千兆赫的频谱上。毫米波技术和大规模多输入多输出技术已经广泛应用于5G网络。能够很好地支持互联网协议电视和高清视频流、高移动性数据服务、基本虚拟现实和增强现实服务密集都市地区的室内服务和数据服务将继续是5G时代的主要焦点对于不同的应用场景，完整的5G通信网络提供三种服务选项:增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)和大规模机器类型通信(mMTC)
另一方面，有许多最新的通信和网络技术尚未被纳入5G标准。主要原因与供求有关。从供应商的角度来看，一些技术仍然需要在实际环境中进行实验验证和深入测试。同时，高成本和不令人满意的向后兼容性也阻碍了它们的使用。从需求方面来看，对一些先进通信和网络技术支持的服务和设备的需求并不广泛。
虽然5G采取了渐进的发展策略，可以提供比4G更好的服务，但是5G没有突破性的技术相反，它继承了4G以来的基本性能增强机制，通过投入更多的频谱和硬件资源来提高性能
6G
的最新研究进展一些研究者已经为6G提供了设想，一系列高级研究计划活动已经开始在文件2中提出的6G愿景和要求中，特别关注6G移动设备和服务的电池寿命，而不是数据速率和延迟。文件3指出，后5G时代的通信系统研究必须考虑电路和设备制造能力，以形成研究活动的闭环反馈参考文献4预测了20世纪30年代未来网络中一些新的通信场景，包括全息电话、飞行网络、远程驾驶和触觉互联网。此外，可以预测，未来的无线通信将具有与有线通信相同的可靠性水平。
参考文献总结了6G网络中的未来驱动应用和趋势以及支持技术特别是，基于区块链技术的网络分散被认为是简化网络管理和在6G中提供令人满意的性能的关键。以人为本的服务理念也被提出，并被视为6G的重点。定义了6G的关键性能指标，并在参考文献中提供了5G和6G之间的推测性比较。7最近
的出版物讨论了实际实现，包括多路访问、空中接口和6G通信数据中心。参考文献中概述了6G网络的网络模式。在这种少蜂窝的架构中，分散的资源分配和三维超连接被高度期望存在于6G网络中参考文献中研究了6G机器类型通信(MTC)和垂直特定无线网络解决方案。25，建议6G可以推动第一个突破性标准，完全取代现有的行业专用通信标准，提供统一的解决方案，从而实现垂直行业所有需求的无缝连接。最近的出版物
讨论了实际实现，包括多址接入、空中接口和6G通信数据中心。参考文献中概述了6G网络的网络模式。其中，6G网络高度期望更少的蜂窝结构、分布式资源分配和三维超级连接。参考文献中研究了6G机器类型通信(MTC)和垂直特定无线网络解决方案。25，建议6G可以推动第一个突破性标准，完全取代现有的行业专用通信标准，提供统一的解决方案，从而实现垂直行业所有需求的无缝连接。在所有与6G、太赫兹通信、人工智能和可重构智能表面相关的技术工作中，
是最有吸引力的想法它们被认为是无线通信领域的革命性技术。参考文献报道了6G太赫兹通信的综合研究。26，包括详细的技术概述、发射器-接收器设计和各种实际演示。认为6G与人工智能功能相结合可以提供一系列新的功能，如自聚合、上下文感知和自配置此外，6G的人工智能功能将释放无线电信号的全部潜力，实现从认知无线电到智能无线电的过渡28从算法的角度来看，机器学习对于基于人工智能的6G的实现尤其重要，这在参考资料中有详细描述。29除了算法之外，可重构智能表面应该被用于构建无线通信30中人工智能的硬件基础可重构智能表面也被设想为6G中的大规模多输入多输出2.0，并在参考文献中进行了分析。31，32，33
除了上面讨论的工作之外，许多6G项目已经在世界各地启动。目标是首先开始定义6G，然后重塑无线通信的框架和商业模式。第一个是最近成立的芬兰联盟6起源旗舰项目。紧随其后的是2019年初推出的6G LiFi的Terabit双向多用户光学无线系统。2019年3月，第一届6G无线峰会在芬兰列维举行，正式启动了6G研究竞赛。在学术界世界各地举办了许多小型研讨会和专题讨论会，讨论6G的可能性，例如华为6G专题讨论会、全球通信2018无线无人机专题讨论会和卡尔顿6G专题讨论会
除了学术界，6G和未来的网络也吸引了标准化组织、行业组织和政府。IEEE于2018年8月推出了以“实现5G及更高”为口号的IEEE未来网络国际电联电信研究小组13还建立了国际电联电信技术小组2030网络焦点小组技术，以了解2030年前后未来网络的服务要求。该项目由谷歌发起，目前独立运作，计划为50亿人口提供可靠的互联网连接。基于欧盟泰拉诺瓦项目的研究团队目前正在努力实现400千兆位/秒的可靠6G连接和太赫兹光谱传输能力。LG电子还宣布在韩国大田的韩国先进科学技术研究所建立一个6G研究中心。三星在2019年6月开始了它的6G研究。2019年，韩国电信宣布与诺基亚和爱立信开展6G研究合作。2018年底，中国工业和信息化部宣布了通过扩大研究引领2030年代无线通信市场的雄心。美国联邦通信委员会为6G研究开放了95千兆赫至3兆赫的频谱，标志着世界上最大的经济体参与了6G研究。此外，由Horizon2020 ICT-09-2017资助的名为“超越5G网络研究”的EU-日本项目也研究了使用100 GHz至450 GHz太赫兹光谱的可能性表1总结了各国实现6G的研究计划
表1 6G国家研究计划的实施
潜在应用场景和挑战
预计6G通信将在覆盖范围和数据速率方面提供更好的服务，并允许用户在任何地方相互连接。预计6G将使用非常规通信网络来访问各种类型的数据，并通过传统的改进的射频网络来传输这些数据，从而在任何地方虚拟存在和参与的情况下提供新的通信体验。为了清楚地定义6G通信的可能功能，我们在本节中预见了6G通信的潜在应用场景和挑战。在关于6G的推测性研究中，我们涵盖了最近出版的作品和会议发布中讨论的许多主题，但是我们使用我们自己的想法和评论来评估这些6G候选技术。
在无线通信研究领域，通常认为增强无线通信系统的最有效的方法是将使用范围扩展到高频频谱，并减少单个小区的覆盖范围。前者体现在从细胞射频频谱到毫米波频谱、太赫兹频谱和可见光频谱的演变过程中后一种方法指的是网络加密另一方面，这两种方法必须与上游产业(如电子制造业)的发展相匹配首先，在理论研究中，可以假设使用的频率是任意高的，但事实上，包括实际电子元件在内的通信设备必须能够满足这些要求。在某些情况下，最终的数据速率甚至超过了电子电路当前制造水平的限制，或者更高频段的信号根本不能被当前的商业芯片处理
6G商业模式和商业化以前的研究活动主要集中在技术本身，但很少涉及商业模式和商业化忽视营销会导致失败(3G在某种程度上可能就是这种失败的一个例子2)网络加密是一个很有前途的解决方案，以满足突然爆发的数据传输，但谁应该为此付出代价？此外，由于6G通信将依托新颖的网络架构带来突破性的通信技术，如何保证6G与4G/LTE、无线网络和5G之间的后向兼容性仍值得探讨和研究。首先，需要评估升级现有6G通信基础设施的总成本，然后研究6G商业模式和商业化，以实现其商业成功。人们应该永远记住，对于大多数普通用户和政府决策者来说，
结论
我们从以人为本的角度提出了6G传播的愿景，可以作为后5G时代的研究指南我们建议，高度安全性、保密性和隐私性应该是6G的关键特征，并且应该给予特别关注。我们提供并解释了6G应该支持的潜在应用场景。介绍了6G通信的关键功能和支持技术。最后，我们讨论了6G开发中除通信技术之外应该考虑的其他关键问题。
