陸建華院士：一步一個腳印邁向6G_風聞

8月30日，2021世界5G大會——未來信息通信技術國際研討會在京舉辦。會上，中國科學院院士、國家自然科學基金委副主任陸建華作了題為《“需求導向，守正創新，一步一個腳印邁向6G”》的演講。

以下為演講全文：

尊敬的鄔院士、梅院士，各位專家，大家上午好！非常高興參加今年的世界5G大會，現在6G是一個熱點，我也想結合6G的研討談一談需求導向和守正創新。

總書記在去年科學家座談會上強調，要堅持需求導向和問題導向，研究方向的選擇要堅持需求導向，要從國家急迫需求和長遠需求出發，真正解決實際問題，他還引用恩格斯的話，社會一旦有技術上的需求，這種需求就會比十所大學更能把科學推向前進。今年7月19日，李克強總理在考察國家自然科學基金委時説，我們到了要大聲疾呼加強基礎研究的關鍵時刻，基礎研究是推動原始創新，構築科技和產業發展高樓的基石。

這些就是我今天彙報的主要內容，先談一談需求，然後結合通信網絡信息分享我的一些觀點。

大家都在問，什麼是6G？我覺得6G要由需求説了算，要以需求定義6G，由此佈局6G的研究和發展，此為守正。現在對6G也有急迫的需求，急迫的需求來源於市場，需要通過市場凝鍊真正的需求，解決實際的問題。毛主席説過，沒有調查就沒有發言權，一定要避免臆想、力戒武斷，不以技術趨勢代替應用需求。再就是長遠需求，需要通過戰略研判發展趨勢預測，提出構想性需求，避免太過遙遠，脱離社會經濟的基本面，特別要注意避免陷入技術演進的路徑依賴。

大家都知道，現在一個非常重要的需求就是填補數字鴻溝。4G基站，城市每平方公里是3.2，農村只有0.17，新疆、西藏等邊遠地區仍然普遍缺乏寬帶覆蓋。就拿5G來説，截至今年3月末全國建成5G基站80多萬個，但是新疆這麼大塊的面積只有7000多個，也就是在新疆除了烏魯木齊這一小塊地方能夠享受到5G，大部分地方是沒有5G的。

我們再看廣域和全球覆蓋，現在也是一個非常重要的需求。我們知道北極航道的經濟意義非常重要，2013年到2019年，中遠海域實現31個北極航次，與馬六甲、蘇伊士傳統航線相比可以節省12萬多海里的里程，減排二氧化碳4.6萬噸，當前北極航道還沒有寬帶覆蓋。右圖是我國近海船舶航行分佈圖，去年大概是10萬億，但我國近海信息覆蓋基本上是空白，離岸幾公里基本沒有任何信息，智慧海洋現在已經成為國家的戰略，海洋產業的進一步發展也是急需寬帶信息覆蓋。

行業賦能已經説了很長時間，但我認為現在各行各業的賦能需要智簡，就是智簡適應性賦能，尊重特殊性、客觀認識多樣性和差異性，特別慎重統一性理論，避免無邊界的誇大單個技術和系統的作用，也要避免刻意追求橫向縱向的兼容，現在就導致芯片的規模越來越大，不停地追求5納米和7納米，就是刻意地追求兼容，也是導致現在設計上的複雜度越來越難以承受，所以我想這也是產業發展必須要解決的。

關於5G的暢想，5G可以用於很多地方，但不能説5G是萬能的，用於不同的地方都要有適應的裁減。

基本上從2G、3G、4G到5G，可以説帶寬的擴展基本上是壓倒性的，當然5G還有其它的KPI，但隨着5G甚至6G的發展，目前蜂窩的半徑越來越小，前一段時間我問一個6G推進組的，我問他蜂窩的大小大概是多少，他説蜂窩的半徑不到100米，這樣的話要是在校園當中到處都是基站。考慮到覆蓋率、安全性、低功耗、小體積的通信體系，可以説現在還沒有一個系統性的方案。

滿足低延遲、高速率、抗干擾、高安全性的多種需求，以及城市、山區、海域、航空多種環境，需要承載文字、聲音、圖像、視頻等等複雜內容的系統框架，也不能是現在單一的框架，要有適應性的框架。

看一下移動通信流量的增長，呈指數性，香農理論是對數的，一個是指數，一個是對數，按照傳統信息理論，建設系統以及信息服務技術可以説非常難以長久滿足通信需求的發展，所以6G現在確實需要超前謀劃。

下面我想從幾個技術的角度談一談我的觀點。

我們知道，現在的移動通信是側重帶寬，衞星通信側重廣域，現行範式下是一條雙曲線，我們能做的就是雙曲線下面。廣域就是距離又要遠一些，達到幾十上百公里，同時帶寬也要寬，但這是沒有技術支撐的，就是在雙曲線之上。如果我們用衞星支持幾公里到十幾公里的城市或近郊，我們知道這個方案是失敗的，如果用衞星支持幾十到百十公里，費效比還是很高的，如果以城域的技術支持廣域，現在有明顯的技術壁壘，可以説廣域的寬帶通信仍需要發展有效的技術手段。

大家看一看廣域的技術壁壘在哪裏，這裏講的是地基，因為廣域之後大多徑時延和高移動性導致這個層級是接近1的，基本上傳統辦法是沒法處理的，一般的處理都是遠遠大於1，比如LTE工作在德爾塔F乘以德爾塔T大於30以上，要是左下角區域就麻煩了，基本上沒有辦法處理，所以如何預測對應這種高動態變化的傳播環境是需要研究的。

再就是廣域基站的機動部署，無論是江海、應急、航空還是偏遠區域都需要廣域的活動基站，佈局的時候就需要這個基站低功耗、小體積，現在幾千瓦的基站這樣去佈局肯定是不合適的，更有回傳的方式就是有線的光纖用無線和衞星，回傳的速率受限，回傳的時間加長，這些都是現在的協議體系當中不支持的。

清華大學面向漁政海上風電需求，基於LTE標準採用1.4G頻段，實現超70公里的移動覆蓋，並在大連長樂海域進行試驗，當然這些只是初步，未來還要針對如何提升多站組網覆蓋能力，結合5G6G技術演進發展新的標準，也有很多技術要做，我們希望和相關的企業一起聯合來做。

最近河南水災當中，翼龍無人機被用於應急恢復現有的通信網絡，可以實現半徑約4公里、總面積50平方公里，這就起了很大的作用，但這個覆蓋面積相比專網體制還是太小了，所以面向公眾需求還要發展新的標準、拓展新的覆蓋能力。

天地融合不是簡單地做加法，天地的差別可以説就是天壤之別。按照需求來説，地面網絡和衞星網絡還是有很大不一樣的，地面網絡是面向城市密集區，衞星網絡面向的是山區、海域、空域和應急通信等等。信道特性也很不一樣，無論是信號格式、網絡協議還是服務方式，天地網絡都存在根本性的差異。

所謂天地融合關鍵在融，怎麼融呢？天網是衞星地面站專用設備，地網是基站、光纖、手機，天地融合不是引入簡單的網關做天網+地網，也不是把衞星的覆蓋和地面的覆蓋簡單地相加，就是一個覆蓋互補，不是運營商簡單的合作，就是兩個運營商相加。實際上未來的需求用户不希望感到在用什麼網，用户是無感用網，所以天地融合不能簡單地做加法。

天地網絡的融合需要解決什麼問題呢？一個是在哪裏融，服務層、網絡層還是空口，另一個是怎麼融，需要解決網絡差異性，也要克服技術、成本和性能的約束，還有就是融了以後天網和地網一定是有相互制約的，延遲速率制約的這些都要有新的算法，那麼這就需要足夠的、充分的基礎研究，就是所謂的守正創新。

天地融合有三個層次：服務層融合只是在服務提供商的融合，不同的網絡可以使用相同的服務。網絡層融合是中層，就是網絡協議的融合，比如大家都做IP，不同的網絡可以做統一的通信。空口融合是底層，不同的網絡可以使用統一的終端。將來有了天網以後，我們還是希望就用現在的手機，不要變。但是，越接近底層網絡資源的效率是越高的，實現的複雜度也會越高，需要大量的智能算法。

目前來看，天地融合的創新空間還是非常大的。低軌衞星是基於IP接入地面網絡，現在StarLink就是利用大規模星座發展全球均勻覆蓋，但沒有考慮到業務分配的極不均勻性，可以説大規模低軌星座成本還是過高，設計裏面規模換能力還是會導致效費比太低。高軌衞星的問題主要是回傳延遲，高軌資源也非常不充分，特別是我國無法服務高維度的區域，高軌衞星只能用於國土周邊，所以也有問題。未來的天地網絡融合一定要從應用的需求出發，要做足夠的基礎研究，實現體系架構的創新。

清華大學提出了8顆中軌泛同步軌道衞星為基本結構，構建全球覆蓋的衞星通信網絡，賦能全球應用，就是一個體系，需要解決空間資源海外布站以及規模的魔咒等等系列難題，再就是以天領地，助益天地融合快速發展，打造新時期、新基建的新生態。

最後談一談信息，信息服務當中體驗是根本需求。隨着通信距離的加大，帶寬總是受限的。圖中數據需求網絡容量會呈現剪刀差，按照相同的理論，距離越遠、帶寬越窄，現在靠壓縮也是非常難的，提出百分之幾十已經是很好了，解決不了幾倍、幾十倍的需求。

我們可以看到這是微軟的概念，發佈的是語音，本地存儲的是口型，通過存儲、記憶、映射、綜合，給人一種真實的視頻體驗，可以説是用户體驗為標準的QoE可以大幅度減少通信的數據量。

怎麼做到呢？我們看到原始X、重構圖像XCPR等於FM，F很關鍵，需要做計算重構。這裏面臨着兩個難題：通信怎麼才能只傳少量的信息，計算就是殘缺信息如何重構。清華也做了一個嘗試，先把通信的開環結構變成閉環結構，引入媒體計算，再把QoS服務質量變成體驗質量，通過收發端共享先驗信息，降低所需的傳輸帶寬。降低傳輸就是要跳出像素，依託人類層級式的認知機理，我們要把這個像素變成特徵、目標和語義。簡單地算一算，表徵的信息量可以大幅度降低，我們的學生也做了一個實驗，這是學生自己錄的，就是自己做了大量的測試，實際上相似度的性能還能提高，帶寬可以比騰訊的視頻有一個大幅度的壓縮，所以這是一個非常有益的嘗試。

最後簡單小結一下：發展6G要堅持需求導向、戰略謀劃不可或缺，要不失時機地佈局6G面臨的廣域通信、天地融合、新型信息服務等研究，謀求長遠發展優勢，堅持守正創新，謹防路徑依賴的負面效應。路徑依賴是斯坦福大學保羅戴維提出的，這是正面效應，負面效應在於更為優良的技術可能由於遲到一步難以獲得足夠的跟隨者，陷入劣幣驅逐良幣的不良生態，值得我們深入思考。