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从0G到5G，大约每隔10年移动通讯技能就会更新迭代一次。每一次技能的晋级都会让人们发生懵懂认知和美好幻想。5G规划商用后，人们也享用到了它所带来的更多便当和更新体会。跟着信息科技飞速展开，6G作为下一代移动通讯规范，必然将带来又一次的革命性演进。在5G年代的浪潮之上，6G的到来将带给咱们怎样的革新与冲击呢？

本期首都科学讲堂联合我国电信博物馆，约请我国电信股份有限公司研讨院高级工程师李南希带咱们走进我国电信博物馆展厅，一同探究北京城里的科技隐秘，回忆移动通讯的展开进程，展望6G年代，智向未来。

主讲嘉宾：

李南希

我国电信股份有限公司研讨院高级工程师

从0G到5G，未来商用6G有多“6”（上）

从0G到5G，未来商用6G有多“6”（下）

从移动通讯呈现伊始至今不到100年，移动通讯的方法、设备、才能已发生了翻天覆地的改动。说到移动通讯，咱们不得不提起麦克斯韦。

1873年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研讨电磁现象的根底上，树立了完好的电磁学理论体系。理工科专业的同学应该都对麦克斯韦和他的麦克斯韦方程组形象深入。

麦克斯韦和他的麦克斯韦方程组（图片来自网络）

1887年，德国物理学家赫兹在实验中证明晰电磁波的存在，验证了麦克斯韦的电磁理论，为无线通讯的发生创造晰条件。自此，移动通讯有了明晰的载体——电磁波，后来科学家通过对电磁波加以运用，使之能够承载信息传输，移动通讯的根本传输计划就此诞生。

构成移动通讯的根本要素包含发射机、信息载体、接纳机。其间信息载体是电磁波，发射机和接纳机便是基站和终端。它们互为收发机，在基站向用户终端传数据的时分，叫做下行传输，基站是发射机，用户终端是接纳机；反之叫做上行传输，终端作为发射机，基站作为接纳机。

咱们或多或少有一个一致，最先进、最顶级的科技往往初始都是用于军事。通讯也是如此，这儿需求说到一个从前的通讯巨子——摩托罗拉。

摩托罗拉公司创立于1928年，坐落美国芝加哥市，原名高尔文制造公司（Galvin Manufacturing）。它最早的主营事务是制造车载收音机，1939年二战迸发后，高尔文公司决断地将首要产品研制方向从民用转向军用。

1939年，高尔文和美国军方协作，造出第一台无线担负式步话机SCR-536，分量大约2.3千克，有用通话间隔在森林环境中能到达几百米，开阔地通讯间隔能到达2千米左右。1942年，高尔文公司又推出了担负式步话机SCR-300，分量约16千克，需求专人担负，可是通讯间隔更远，通话愈加明晰。

担负式步话机SCR-300

二战完毕后，相同建立于美国的AT&T公司将无线收发机与公共沟通电话网相连，正式推出了面向民用的移动电话服务。但这不是手持式的移动电话，而是一种车载对讲机，整个体系还包含一个重达40千克左右的电台，放置在车辆后备箱中。假如用户想要拨打电话，必须先手动查找一个未运用的无线频道，然后与运营商接线员进行通话，恳求对方进行二次衔接。

起先，这项服务只要3个频道供一切用户运用。也便是说，3对通讯链路树立之后，整个通讯链路就被占满了，再需求打电话的人都要等候。尽管后边增加了相应频道数以习气事务量需求，可是很明显，这种形式难以匹配用户规划的增加。另一个问题是，其时一个城市或许只要一座基站，掩盖规划几十千米，对电力需求也很高。跟着城市的展开，收发信号需求更远，也就意味着需求更大的发射功率。可是一味地提高发射功率并不是处理之道。

1947年，贝尔实验室的研讨人员道格拉斯·瑞因提出了蜂窝的设想。在这种结构下，假如把信号传输操控在一个个的小六边形内，至少有三个优点：一是单体系不需求太大的发射功率；二是能够下降彼此间的搅扰；三是不同的区域能够复用相同的频率资源，然后提高整个通讯体系的容量。

蜂窝理念尽管好，但受限于其时的技能无法完结。这一概念对后来的通讯体系规划发生了深远影响，一向到现在，通讯体系依然沿用着蜂窝架构。

蜂窝架构

1948年，相同上任于贝尔实验室的克劳德·香农宣告了一篇题为A Mathematical Theory of Communication的论文，即《通讯的数学原理》，这篇划年代的论文奠定了现代信息论的根底，其对通讯理论的影响一向继续到现在。

步入20世纪70年代后，跟着半导体工艺的展开，手机的诞生条件总算老练。1973年，摩托罗拉工程师马丁·库珀和约翰·米切尔创造晰国际上第一款真实意义上的手机（手持式个人移动电话）。这款手机高20厘米，重1千克左右，能够继续通话20分钟。

1974年，美国联邦通讯委员会（FCC）同意了部分无线电频谱用于蜂窝网络的实验。可是，实验一向到1977年才正式开端。其时参加实验的，正是AT&T和摩托罗拉两家公司。就在他们还在预备进行实验的时分，其他国家现已争先恐后了。

1979年，日本电报电话公司（NTT）在东京大都会区域推出了国际首个商用自动化蜂窝通讯体系，选用88个基站组网，支撑全自动呼叫切换。五年内，NTT网络扩大到掩盖日本悉数人口，成为第一个全国性的1G网络。

1981年，北欧国家挪威和瑞典树立了欧洲的首个1G移动网络——NMT。不久后，丹麦和芬兰也相继参加。NMT成为全球第一个具有国际周游功用的移动电话网络。

美国贝尔实验室于1969年开端研讨，1978年在芝加哥完结了先进移动电话体系AMPS的实验，1979年在芝加哥组网试用，1983年正式投入运用。这是美国最早的1G网络。

同年，摩托罗拉发布了全球第一部商用手机——DynaTAC 8000X，分量约1千克，能够继续通话30分钟。除了NMT和AMPS之外，另一个被广泛使用的1G体系是TACS（全接入通讯体系），诞生于英国。

我国最早的1G网络建造于1987年，其时广东省邮电办理局选用TACS体系，完结了广东省模仿移动网一期工程建造，第一批进入内地商场的 “大哥大”仅100部。除了AMPS、TACS和NMT之外，1G体系还包含了德国的C-Netz、法国的Radiocom 2000等。

百家争鸣的通讯技能昭示着移动通讯的大展开，但一同也有坏处，那便是规范不一致，难以互联互通和周游，不利于国际化展开。

为了处理这个问题，1982年，欧洲邮电办理委员会建立了“移动专家组”，专门担任通讯规范的研讨，这个安排便是后边大名鼎鼎的GSM（Global System for Mobile communications，全球移动通讯体系）。

随后几年，欧洲电信规范安排（ETSI）完结了GSM的规范拟定。在欧洲邮电办理委员会的全力支撑下，GSM技能被定为欧洲仅有的2G移动通讯规范。2G与1G最大的不同便是选用了数字技能代替1G的模仿技能。

1991年，GSM体系正式在欧洲注册运转，标志着移动通讯步入了2G年代，也进入了周游年代。尔后，全球多个国家和区域都依据GSM技能树立起自己的移动通讯网络，GSM变成国际上最受欢迎的移动通讯规范。

与此一同，另一个2G通讯规范也逐步展开起来，那便是CDMA（码分多址接入）。CDMA的中心是扩频通讯技能，这项技能是在二战时期，由其时的好莱坞女明星海蒂·拉玛和她的钢琴家朋友乔治·安太尔协作创造的。

好莱坞女明星海蒂·拉玛被后世称为“CDMA之母”（图片来自网络）

材料显现，两人是遭到了自动钢琴的启示。自动钢琴是通过读取编好码的打孔纸条来完结演奏的，那无线操控是不是也能像自动钢琴这样，按预先规划的款式随时改动通讯频率？顺着这个思路，海蒂和乔治规划了一种能够完结88个不同载波频率改换的体系，然后申请了创造专利。

“跳频技能”的专利申请

可是，扩频通讯在其时并没有引起美国官方的注重。1985年，美国的一家小公司发现了扩频通讯的商业价值，并在此根底上研宣告CDMA通讯体系，这家公司便是现在大名鼎鼎的高通公司。

1991年，高通开端正式展开CDMA体系的现场实验。1993年，CDMA被作为美国数字蜂窝移动通讯规范IS-95A。该体系于1995年在香港区域和韩国首要投入运用，然后在美国推行。

此刻，全球移动通讯范畴形成了GSM和CDMA进行全面竞赛的局势。

GSM的中心是TDMA（时分多址）技能，CDMA的中心是码分多址。那什么是多址技能？1G年代每个参加通讯的用户都有自己的频道，一切频道被占满后，新用户就无法通话了，像这样通过不同的频率来完结用户的区别，被称为FDMA，即频分多址接入。而GSM这种时分多址，是靠时刻来区别用户，每个用户都有自己一个时刻片段顺次通讯，由于时刻粒度非常小，所以电话两头的用户听到的声响都是接连的。CDMA是码分多址，通过正交的地址码来区别用户，其特点是网内用户能够占用相同的带宽和时刻，这样容量更大，每个用户地址码不同，通过相干检测只能检测到自己的信号，然后取得了更高的抗搅扰性和安全性。

从纯技能视点来看，CDMA要优于GSM，可是CDMA起步太晚，GSM现已在全球占有了大部分的商场份额，成为全球干流规范。所以2G年代，CDMA的影响力和商场规划完全不能和GSM混为一谈。

我国其时在GSM和CDMA中先挑选了GSM，邮电部首要在浙江嘉兴邮电局建立了一张实验网并取得了成功。

1993年，我国在浙江嘉兴正式注册了国内第一套GSM移动通讯体系。1994年，在我国国际通讯设备技能展览会上，原邮电部部长吴基传与诺基亚公司董事长兼首席执行官约玛·奥利拉，运用诺基亚手机打通了诺基亚在我国的第一个GSM电话，这是数字移动电话在我国起步的一个标志性事情。1995年7月，邮电部举行全国GSM体系建造发动电视电话会议，全国掀起了数字移动通讯的建造热潮。

我国进入2G年代，“大哥大”逐步退出商场。后来，我国引进CDMA技能，于2002年由我国联通正式注册运营CDMA网络。2008年，我国电信收买联通的CDMA网络。自此，三家运营商都有了自己的2G网络。

在2G高速展开时期，跟着核算机技能日益老练，强壮的互联网随之诞生。通讯网络的首要传输内容由语音逐步向图画、音频、视频等多媒体文件改动。

1996年，欧洲建立UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通讯体系）论坛，专心于和谐欧洲3G的规范研讨。以诺基亚、爱立信等公司为代表的欧洲阵营，清楚地认识到CDMA的优势，开宣告了原理相类似的宽带CDMA（WCDMA），信道带宽到达5MHz。

为了能够和美国抗衡，欧洲电信规范化协会（ETSI，European Telecommunications Standards Institute）还联合日本、我国等国家一同建立了3GPP安排（3rd Generation Partnership Project，第三代协作伙伴计划），协作拟定全球第三代移动通讯规范。

反观北美阵营这边，内部定见存在不合。以朗讯、北电为代表的企业，支撑WCDMA和3GPP。而以高通为代表的另一部分公司，联合韩国、日本组成了3GPP2安排，与3GPP抗衡，我国后期也参加了3GPP2。

3GPP2主推的规范，是依据CDMA 1x (IS-95)展开起来的CDMA2000规范，带宽1.25MHz，只要WCDMA的1/4，初期速率只能到达100kbps左右，后续演进到EV-DO体系（EVolution Data Optimized），速率到达了Mbps等级。

这一时期我国也推出了自己的3G规范候选计划TD-SCDMA，一同参加国际竞赛。通过剧烈的比赛和博弈，终究国际电信联盟（ITU）确认了全球3G的三大规范，别离是欧洲主导的WCDMA、美国主导的CDMA2000，还有我国的TD-SCDMA。

其时WCDMA是技能老练度最高的，而我国提出的TD-SCDMA技能老练度并不如WCDMA。但这却是我国在通讯范畴的一次打破，标志着我国正式踏入移动通讯范畴，参加全球规范拟定作业。一同这也是TDD（时分双工技能）第一次呈现在通讯规范中。

前面咱们了解到不同的多址方法，能够理解为多用户的区别方法。而双工方法，指的是用户和基站间的通讯行为形式，咱们把基站到用户的数据传输称为下行传输，用户到基站的传输称为上行传输。那么TDD形式下，是通过期隙来对上下行传输进行区别的，分配给上行的，下行不能用，反之亦然。

FDD（Frequency-division Duplex，形式指频分双工形式）上下行各有各的频谱，互不搅扰。用车道和车来作比方，TDD便是单车道，不一同间答应走不同的方向；FDD便是双车道，一个车道只能走一个方向。但FDD有个最大的问题便是需求成对的频谱资源，而频谱资源是非常宝贵的。在上下行事务并不适当的情况下，分配给低事务一方的频谱将会形成很大的糟蹋。

反观TDD，能依据事务散布，适合地装备上下行的资源占比，取得更高的频谱运用率。但TDD体系对时刻同步的要求很高，触及到上下行的频频切换。再有便是搅扰问题愈加严峻，尤其是高速移动场景。所以从技能完结上，TDD比FDD愈加困难。

2009年，我国工业和信息化部发放3G车牌，三家运营商别离得到三个车牌。我国移动运用我国具有自主知识产权的3G规范TD-SCDMA；我国电信取得CDMA2000车牌；我国联通取得WCDMA车牌。跟着3G技能老练，3G速率得到大幅提高，最高速率从2Mbps提高到14.4Mbps，增加了3G事务的吸引力。

而这时，“智能手机+App”这种全新的商用形式开端呈现。其间一个标志性事情便是2007年苹果公司推出了第一代iPhone手机，冷艳了国际。

在3G速率大幅提高的布景下，智能手机开端敏捷遍及，3G用户数爆破式增加，移动互联网年代正式降临。

3G年代，环绕CDMA技能的许多中心专利都把握在高通手中，各厂商也吃尽了昂扬专利费的苦。所以在4G技能及规范研讨时，咱们都想打破这一专利壁垒，绕开CDMA。后来完结破局的是两项关键技能——OFDM和MIMO。

OFDM技能也便是正交频分复用技能，通过将高速率的数据信号，转换成多个并行的低速率数据流，调制到不同的载波上进行传输，一方面能够减少子信道之间的搅扰，另一方面能够更充沛地运用频谱资源。

实际上，早在20世纪70年代，韦斯坦和艾伯特等人研制了一个完好的OFDM传输体系。可是要使用该体系需求许多冗杂的数字信号处理进程，其时还缺少强壮的数字处理器材，因而OFDM技能并没有展开起来。20世纪80年代，大规划集成电路的呈现，让OFDM得以正式踏上通讯的舞台。

MIMO技能即多输入多输出技能，最早能够追溯到1908年，马可尼提出用“多入多出”来对立式微。直到20世纪90年代，在贝尔实验室科研人员的尽力下，终究完结了推动MIMO使用到移动通讯体系的奠基作业。

1998年，贝尔实验室的科研人员选用V-BLAST（笔直分层空时码）算法树立了一个MIMO实验体系，在室内实验中到达了惊人的频谱功率，直接让MIMO技能遭到业界的极大重视，使得MIMO技能研讨作业得到了飞速展开。

通过MIMO技能能够完结空间复用（通过空间隔离，多流数据复用相同的时频资源，然后提高体系容量）、空间分集（通过多途径传送、接纳别离与兼并，反抗某一途径传达的快衰）以及波束赋形（通过调整天线阵列中各阵元的权值，使得各天线宣告的无线电波发生希望的指向性波束）。

大规划MIMO体系（图片来自网络）

2013年，我国工业和信息化部向移动、电信和联通三家运营商发放4G车牌，咱们正式步入4G年代。而我国在3G年代堆集的TDD布置和组网阅历也在4G年代发挥了重要价值，具有了和欧美FDD抗衡的实力，TDD技能从小众走向了干流。

4G年代给咱们带来的两个最大改动便是移动付出和移动互联网。移动付出带给人们日子上的便当，完全改动了人们的付出习气；而移动互联网催生的短视频、自媒体则改动了人们的日子和文娱方法，手机自此越来越难以离手。

自4G开端，我国移动通讯步入了飞速展开期。2019年，5G商用车牌正式发放。四年来，我国已建成全球规划最大的5G网络，网络掩盖才能继续提高，交融使用不断拓宽，数字化展开支撑效果不断增强。截止到2023年5月，我国5G基站总数已超284万个，全球占比约60%，县城以上行政区掩盖率达100%，完结“县县通5G”。

5G界说了三大使用场景：eMBB（增强移动宽带）、URLLC（超高牢靠超低时延）、mMTC（大规划机器类通讯），别离对应处理速率、时延、大规划衔接的问题。

从更广义视点来看，之前四代移动通讯首要仍是面向人与人之间的通讯。而5G的使用场景则被赋予了更丰厚的内在，从人与人到人与物、物与物，使用场景得到了极大的扩展。

为了处理不同场景的需求，5G通讯体系规划之初就非常灵敏，具有了很好的演进才能。5G通讯体系的第一个版别是R15，于2018年完结，首要针对eMBB的功用完结；R16于2020年完结，对根底版别增强的一同，针对URLLC和物联网进行了增强；R17版别于2022年完结，环绕5G网络才能、场景需求扩展、新式物联网等方面做进一步增强，要点引进了许多全新的特性和技能，助力工业物联网、穿戴设备等商场的展开。

现在5G通讯体系现已演进到R18版别，为赋能职业使用纵深展开做了进一步增强。第一是根底才能的进一步增强，包含网络节能、掩盖、多载波的增强；第二是扩展职业使用，包含非陆地网络增强、定位增强；第三是立异事务维度，包含对XR增强、AI的研讨等。

能够看到，5G的规范展开并不是一蹴即至的，而是像盖房子相同，从“毛坯房”一向到“精装修”。面向职业使用，5G为赋能千行百业打下了坚实的才能“底座”，为我国经济展开带来了新的增加点。

“云监工”直播（图片来历：央视频）

在这儿讲一个抗击疫情中的小故事。2020年新冠肺炎疫情忽然爆发，1月27日，我国电信通过5G+光纤双千兆网络，结合云网交融，快速建立MEC智能云渠道，通过智能视频云的强壮算力，14小时内交付了全球最大规划的公共卫生应急直播——武汉火神山、雷神山“云监工”项目。让咱们在家就能实时观看两家医院的建造进程，完结了一同在线超6000万人次，被称为史上最大规划“云监工”。

总归，5G赋能极大地助力了职业使用的展开，信任未来将有更多的5G+使用呈现出来。

在5G大规划商用全面铺开的时期，各国又紧锣密鼓地拉开了6G研讨的前奏。这让咱们有些摸不着头脑了，5G的使用价值还没开掘完全，为什么要这么早发动6G研讨？

依照通讯10年一代的展开规律，2030年或许便是6G的商用元年；往前推1～2年，大约2028年就需求开端6G规范拟定；规范拟定前还要做技能研讨和选型，再往前推1～2年，也便是2026年左右。在这之前，咱们还需求知道对6G的愿景和需求是什么。就这样一步一步按时刻节点反推，根本在5G正式商用后，就需求布局下一代技能的研讨。

实际上，我国于2019年11月建立国家6G技能研制推动作业组和整体专家组，正式发动6G研制。阅历了移动通讯近几十年的展开，各国均已意识到，布局得越早越有利于占据制高点，越有利于将中心技能把握在自己的手中。移动通讯商场的价值非常巨大，谁能具有更多的中心技能储备，谁就有更大的话语权，就能区别到更大的蛋糕。

依据ITU-R（国际电信联盟无线电通讯部分）最近发布的面向2030及未来展开的结构和整体目标主张书，使用场景方面，5G界说的三大场景将在6G中进一步扩展。从eMBB到沉溺式通讯，支撑VR、AR等事务所需的速率；从URLLC到更高的牢靠性和更低时延；从mMTC到更大规划的通讯。此外，还新增了三个使用场景。

ITU-R发布的主张书中6大使用场景。（图片来自ITU-R WP5D）

首要是泛在衔接，也便是“空-天-地-海”全维度掩盖的一体化通讯。其间一个重要的技能是卫星通讯技能，通过卫星直连，可认为个人终端带来随时随地的通讯保证，在抢险救灾中将发挥重要价值。

我国是海洋大国，宽广的疆土和绵长的海岸线为咱们奠定了极为宽广的领海和丰厚的海洋资源根底。为充沛开发运用海洋资源，健全海洋生态监测，这些均需求卫星供给的泛在衔接保证。泛在衔接将拓宽人们的出行鸿沟——海洋、森林等，不用再忧虑走到一个没有信号的当地无法与外界联络。由于那时，无线信号将一向在线。

其次，通讯感知一体化，即通讯才能和感知才能的集成。6G基站在通讯才能的根底上具有雷达感知才能，适当于建造通讯网络的一同，咱们也树立了一张雷达网络。到时低空经济或许会迎来较大展开，包含无人机的物流、侦办等，未来开窗拿快递或许将成为实际。

此外，通感一体化将助力才智交通的完结。通过对道路上车流情况的实时感知，完结人、车、路高效协同，保证交通安全的一同，提高交通体系运转功率。其带来的直观感触便是不会再呈现堵车情况。当然，这是比较抱负的情况，路况改进最首要仍是依赖于车联网和自动驾驶技能的展开，通感一体化将为相关工业展开供给助力。

最终，咱们看下AI和通讯交融的场景。从2016年Alpha Go打败围棋国际冠军到2022年ChatGPT横空出世，强壮的AI背面是巨大算力的加持。

面向未来的大算力年代，相关工业将面对大规划算力获取难度较大、本钱较高、开发门槛高级应战。我国工程院张平院士在2023国际电信和信息社会日大会上指出，通讯恰恰能够赋能超强AI。单机核算受限于芯片处理才能，难以支撑移动终端的类人认知与学习，智能网联将改动这一情况。通过对算力的整合，可认为AI算力需求打好基底。能够幻想，未来AI和通讯将会彼此赋能，磕碰出新的火花。

业界预期，相较于5G网络，6G网络在功用方面会有10～100倍的提高，比方时延从1ms下降到0.1ms，衔接密度从每平方千米106个设备增加到108个设备，峰值速率从20Gbps提高到200Gbps等。

ITU-R发布的主张书中的15项才能目标（图片来自ITU-R WP5D）

从才能界说上，6G将供给比5G更强壮的无线网络功用，比较于从4G到5G，将发生质的腾跃。

（图片来历：视觉我国）

以几个潜在的6G使用为例，首要是人机交互。电影里常常能看到的仿生机器人，正离咱们的日子越来越近。近年来比较火的一个是波士顿动力机器人，另一个是ChatGPT。波士顿动力机器人现已能够完结很流通的运动行为，乃至是跑酷。而ChatGPT通过AI的自然语言处理，已具有必定逻辑推理剖析等才能，引发智能交互的技能革命。

本年3月，OpenAI宣告了对一家挪威的人形机器人公司1X Technologies进行出资，据悉该公司出品的EVE实体机器人部分软件功用由OpenAI的ChatGPT供给支撑。很有或许再通过几年展开，智能机器人行将随处可见。

第二是全息交互。移动通讯的展开现已极大地拉近了人与人之间的间隔，一步步打破物理边界。5G年代鼓起的视频会议为人们的作业供给了极大便当，但长途会议还有许多不方便的当地，比方不能很好地完结长途互动，或许长途辅佐。全息交互能够完全脱节物理空间约束，使远在千里之外的人们完结虚拟的面对面沟通。要完结全息交互，除了极致的通讯速率，还需求大规划的传感器、摄像头号物联网设备的支撑。

第三是云化。5G现已在饯别云化的展开，比方云游戏、云电脑、云终端。通过把核算需求转移到网络侧，能够大幅简化终端侧的完结，可是这对传输会有很大的需求。到了6G年代，在更高速率和带宽的加持下，云化的设备将更大规划的遍及。

总结一下，我国在通讯展开上阅历了“1G空白、2G跟从、3G打破、4G并跑、5G抢先”的进程。放眼10年后的6G年代，咱们的日子到底会呈现哪些新改动？让咱们一同拭目而待吧。

（本期图文、视频来自第813期首都科学讲堂）

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来历：北京科学中心