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科创太湖|前沿科普 | 6G ——智简的移动通信系统


在当前全球产业生态链加速重组的新形势下 ， 我国发展移动通信的战略已从“十一五”时期“在已有的国际产业生态下 ， 争取占据国际领先地位” ， 转变为“十三五”时期“在新的国际形式下 ， 争取改变产业生态以保持我们的优势” 。 6G是国际竞争的又一变数 ， 充满着竞争和合作的机会 。 加大研究投入力度 ， 从研究实力和成果上显示我们的优势 ， 将使外部竞争者感到压力 ， 中国力量不可小觑 ， 合作的利大于弊 。
移动通信以十年一代的周期律持续演进 ， 在每代开始系统技术研发前 ， 业界从当时面临的社会、经济和技术挑战出发 ， 构想代际愿景 ， 提出引领性需求 。 目前 ， 国内外研究人员已从多个层面和角度展望了6G愿景 。 设想的6G蓝图中 ， 不仅包括频谱、编码、信道、组网等技术 ， 还包括了空-天-地-海一体化、全息触觉网络、智慧网络等 。 值得关注的是 ， 智能化在移动通信领域的必要性和重要性已成共识 。 2019年2月 ， 我们在前期研究的基础上 ， 在《通信学报》发表观点 ， 引入代表自主智能体的“灵” ， 提出将通信对象从5G的人-机-物拓展至6G的人-机-物-灵（Genie） 。
基于5G时期人-机-物通信的理念 ， 引入“灵”作为具有智能性的通信对象 ， 通过“灵”与人、机、物的协同 ， 构建物理世界与虚拟世界的融合空间 ， 自主代理用户完成情景感知、目标定向、智能决策、行动控制等 ， 不可见地提供服务 ， 使用户专注于任务本身 。 “灵”的运行不再囿于传统控制闭环 ， 而具备智能“意识”（Consciousness） ， 将对感觉、直觉、情感、意念、理性、感性、探索、学习、合作等活动进行表征、扩展、混合甚至编译 。 考虑到6G时代人类将更多投入到探索、认知以及创造性任务上 ， “灵”不仅发挥智能代理作用 ， 还将以用户“始终最佳体验”为指引 ， 为用户的认知发展 ， 形成互助互学的意象表达与交互环境 ， 促进人工智慧与人类智慧的和谐共生 。 因此 ， 我们认为6G时代的信息交互、处理和施效将引入新维度 ， 从而将人-机-物上升至人-机-物-灵 。
基于这种设计理念 ， 从支持未来人类社会的愿景和场景的顶层设计出发 ， 我们在《中国科学：信息科学》上提出支撑人-机-物-灵通信对象的信息交换中枢6G网络架构：Ubiquitous-X 。 这里英文字母X ， 数学上表示未知或无限 ， 且其字形有交叉混合之意 ， 并蕴含目标和希望 。 借此隐喻边、点交汇的网络 ， 亦表达了6G时代泛在在内涵和外延上的深化和扩展 。 “灵”引入感觉、生理、心理等新信息元素 ， 与传统信息元素在6G网络中交汇融合 ， 达到完美有序的系统运行目标 。 Ubiquitous-X网络架构将随着技术演进与社会发展 ， 逐步超越信息通信、群体智能以及人类社会性的未知维度 ， 对未来网络的发展保留可扩展空间 。 Ubiquitous-X网络构架形态也将深刻变化 ， 从以“网络为中心”到“边缘为中心” ， 从以“数据为中心”到 “人和环境为中心” ， 重塑未来6G的网路 ， 实现从5G“改变社会” ， 跃升至肩负6G“改造世界”的使命 。
Ubiquitous-X有三大挑战：信息传播的非线性、信息空间的高维性以及信息处理的复杂性 ， 使我们意识到战胜挑战的路径是“智能简约”而不是将算法和算力能力的堆砌 。 必须以“系统性能第一”的智能简约作为增效及设计内涵 ， 以智促简、由简生智及智简破制 。 总之 ， 6G 网络是一个真正意义上的复杂巨系统 ， 亟需基础理论突破 。
面对如此复杂的巨系统 ， 体系化的“中国办法”应该是从基础原理上改变生态以创新引领国际竞合 。 在香农语法信息论基础上 ， 目前存在不可撼动的传统生态优势；而在智能简约目标上以广义信息论和生命意识的增量元素建立的复杂系统 ， 以及内生体系架构可改变甚至颠覆传统 ， 以建立我们自己的优势 。
（作者系中国工程院院士 ， 北京邮电大学教授 ， 中国无线移动通信技术专家）


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