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6G愿景：统一网络赋能智慧城市群
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日期：2022-8-1 作者： 来源： 点击：673
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移动通信已经融入现代人的日常生活。移动通信的能力不断发展，从刚开始专注于满足人与人的连接，发展到满足人与物的连接，再进一步发展到全面解决物与物的连接。自移动通信兴起以来，每隔10年，新一代移动通信开始大规模商业部署，为用户提供更强大的连接能力和新的功能。根据历史经验和业界规划，第六代移动通信技术（6G）将采用最新的技术，满足2030年至2040年乃至更长时间的应用需求。
国际电信联盟（ITU）为第五代移动通信技术（5G）定义了3种业务场景：增强移动宽带（eMMB）、海量机器类通信（mMTC）和高可靠低时延通信（uRLLC）[1]。5G采用了大规模多输入多输出、新型多载波、全频谱接入、网络切片等新技术[2]。从5G开始，移动业务从以个人业务（To-Customer，2C）为主转向个人业务和垂直行业（To-Business，2B）并重[3]。2C和2B对移动通信的需求和应用场景各不相同，5G有望推动移动通信首次2B大规模应用。
目前，5G已在各国陆续大规模部署应用，同时6G技术研发正蓬勃兴起[4-5]。智慧城市群是世界各国未来发展的必由之路。为满足2030～2040年乃至更长时间内2B和2C并重的应用需求，6G将提供全覆盖、高效率、高可靠、强安全、低成本、低功耗和易维护的统一网络。
1. 城市群是必由之路
城市群是若干特大城市和大城市集聚而成的庞大的、多核心、多层次城市集团，是大都市区的联合体。美国的城市群非常发达，这些城市群的居住人口集中度高，全美大致可分为11个城市群[6]。根据2010年的统计数字，最大的5大湖区城市群人口接近6000万，第二大的东北部大西洋沿岸城市群人口超过5000万，第三大的南加州城市群人口接近2500万。美国前3大城市群的人口总和占全美总人口的比例超过40%；全部11个城市群的人口占全美总人口的比例为77%。前几大城市群不仅是人口高度集聚的地方，也是美国经济和科教文卫等各项事业最为发达的区域。
中国的长三角、珠三角、京津冀、成渝、长江中游等19个城市群以25%的土地集聚了75%的人口（其中城镇人口占比为78%），创造了88%的GDP；但是，大部分城市群建设尚不成熟[7]。长三角城市群是国际公认的6大世界级城市群之一，但从全球维度来看，长三角人均GDP、地均GDP等反映效率和效益的指标与其他世界级城市群相比仍存在明显差距；因此，城市群的发展质量和国际竞争力还有待进一步提升。
2010年上海世博会的主题口号是：城市，让生活更美好。随着中国城市化进程的加快，许多城市正经历深刻变革。从长三角、珠三角到京津冀，城市群正在蓬勃发展。城市之间共享资源、互相开放市场，并进行优势互补，以实现共同繁荣和可持续发展。智慧城市群是一个美好的愿景，可以让人们享受跨越城市的幸福生活，它需要智能基础设施的支持，这包括互联的交通网络、智能楼宇、可持续的能源以及数字化工厂。2016年12月15日，国务院印发《“十三五”国家信息化规划》（简称：《规划》），《规划》强调“支持特大型城市对标国际先进水平，打造世界级智慧城市群”[8]。
2. 通信是公共基础设施
传统的城市公共基础设施主要包括自来水、电力、燃气和交通。随着信息化时代的到来，通信已成为人们日常生活的必需品。通信网络成为第五大公共基础设施，并已走进千家万户。对城市管理部门而言，城市公共基础设施的建设和维护是重要职责。目前，由于不同的基础设施由不同的部门分别建设和管理，绝大部分城市公共基础设施的信息感知、传输、分析、控制仍处于各自为政现状，缺乏统一的平台。
对比单个城市，不管是在中国还是在其他国家，城市群的公共基础设施更加缺乏信息互联互通，难以实现资源共享，几乎无法形成协同效应。智能城市群的建设和快速发展迫切需要建立有效的实时和准实时的信息共享机制。2019年3月11日，中国移动通信广东公司提出，将积极落实粤港澳大湾区战略，应用大数据、云计算、人工智能、物联网等技术，加强信息和数字经济领域的科技创新，助力大湾区智慧城市群建设[9]。这是运营商高层明确提出采用信息通信技术来促进智慧城市群发展。2019年6月，中国移动发布《5G+智慧城市白皮书》[10]。该白皮书强调指出，5G让智慧城市发展迎来了新契机。城市中的人、物、组织都将变成智慧体，5G将为城市智慧体提供随时随地的连接能力。但该白皮书并没有阐述5G赋能智慧城市群的问题。
3. 统一网络与业务场景
6G需要具备满足未来智慧城市群的建设和绿色发展需求的能力。我们认为，赋能智慧城市群应该成为6G最重要的愿景。如图3所示，6G以陆地移动通信网络为核心，深度融合以地球同步轨道和中低轨道卫星通信为主的天基网络、以飞机和无人机通信为主的空基网络、以水声通信为主的海基网络以及以光纤、双绞线、同轴线为主的有线接入等多种方式。6G将无线和有线的多种媒介统一接入，使用户数据尽可能在底层实现交换，大幅缩短路由选择和交换所需的时间，从而减少不同接入网用户的端到端时延。
作为城市群的基础设施之一，6G网络可由多家运营商投资共建，采用网络虚拟化技术、软件定义网络和网络切片等技术将物理网络和运营网络（或称逻辑网络）分离。人工智能（AI）深度融入6G系统，将在高效传输、无缝组网、内生安全、大规模部署、自动维护等多个层面得到实际应用。
在5G 3种业务场景划分基础上，为实现全覆盖全连接并构建统一网络，6G支持第四种业务场景：广覆盖高时延通信（Broad-Coverage and High-Latency Communications，BCHLC）业务。这种通信业务的特点是覆盖区域特别广但传输时延大，例如中低轨卫星移动通信和水声通信。通过采用新型的无线技术和网络技术有望进一步显著提升第四种业务的性能和效率，并能够大幅降低部署与运营成本。
4. 结束语
通信持续快速发展进步，已经成为城市和国家的基础设施之一。6G采用统一网络架构，引入新业务场景，构建更高效更完备的网络。智慧城市群的发展对6G设计提出新需求。采用新技术新架构的6G网络，将强有力地促进智慧城市群发展壮大和完善。6G大规模部署应用有望促使亿级的人员、千亿级的货物、万亿级的资金、万万亿级的资讯和数据在智慧城市群之内和之间的流动更顺畅更高效，促成用户的沉浸式体验。
【参考文献】
[1] Recommendation ITU-R M.2083. IMT Vision—Framework and Overall Objectives of the Future Development of IMT for 2020 and Beyond[EB/OL]. (2015-09-01) [2019-12-03]. https://www.itu.int/rec/r-rec-m.2083
[2] Zhang C J, Ma J L, Li G Y, et al. Key Technology for 5G NewRadio[J]. IEEE Communications Magazine, 2018, 56(3): 10-11. DOI:10.1109/MCOM.2018.8316580
[3] ITU. Setting the Scene for 5G: Opportunities & Challenges[R]. Geneva, Switzerland, 2018
[4] David K, Elmirghani J, Haas H, et al. Defining 6G: Challenges and Opportunities [From the Guest Editors][J]. IEEE Vehicular TechnologyMagazine, 2019, 14(3): 14-16. DOI: 10.1109/MVT.2019.2922512
[5] Zhang L, Liang Y, and Niyato D. 6G Visions: Mobile Ultra-Broadband, Super Internet-of-Things, and Artificial Intelligence[J]. China Communications, 2019, 16(8): 1-14
[6] Regional Plan Association. America 2050: An InfrastructureVision for 21st Century America[R]. New York: Regional Plan Association, 2008
[7] 恒大研究院, 任泽平, 熊柴, 等. 中国城市群发展潜力排名：2019[EB/OL]. (2019-07-23) [2019-12-03]. http://www.xcf.cn/article/b5bd1b2dad1b11e9bf6f7cd30ac30fda.html
[8] 国务院.“十三五”国家信息化规划[EB/OL].(2016-12-15) [2019-12-03]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2016-12/27/content_5153411.htm
[9] 魏明. 积极探索5G应用，助力智慧城市群建设，做客新华网2019两会特别报道[EB/OL].(2019-03-11) [2019-12-03]. http://www.xinhuanet.com/politics/2019lh/2019-03/11/c_1124219956.htm
[10] 中国移动. 5G+智慧城市白皮书[R/OL].[2019-12-03]. http://www.sohu.com/a/330623440_472878 |
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