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据ITU-T的文献[1]指出，在未来十年内有3个与人们生活方式和社会变化相关的重要驱动因素，会直接影响 6G 网络的设计和架构，分别是：(1) 高拟真全息社会、(2) 万物互联，以及(3) 对时间敏感的工程应用。

6G关键驱动因素
单看字面可能还不太清楚这3个关键性的驱动因素为何，以下一一说明：

(1) 高拟真全息社会 (High-Fidelity Holographic Society) : 现在视频已逐渐取代单纯的语音通讯，成为人们讯息交流时的首选方式；另一方面，也朝着AR（扩增实境）、VR（虚拟现实）和MR（混合实境）发展。在这种情况下，影像分辨率也在快速提升中。像是支持4k的客户端设备，其数据传输率即要达到 15.4 Mb / s。

另一方面，新冠病毒从2019年开始肆虐全球，直到现在2021年底仍未有任何停歇的迹象。在病毒流行期间，不管是居家办公、远距教学、在线诊疗…...，视频通讯让人们、企业、政府、学校、医疗专业人员及患者在兼顾防疫的原则下保持虚拟联系。从一开始设备不完善、线路不顺畅、使用上不习惯，到现在已经渐渐成为一种日常。今天即使居家上班，大部分的企业仍可照常办公、处理公务；主要会议和研讨会在世界各地已习惯使用实时（real-time）视频以虚拟方式举行；学校即使停课，仍可透过在线视频方式授课、考试。纵使已进入后疫情时代，由于「与疫情共存」已成为大多数人的共识，因此相应的视频及虚拟通讯的需求在未来确定会有增无减，且对质量的要求也会不断提升。

除了单纯的视频通讯，高拟真全息和多感通讯将会是下一个虚拟通讯模式的主流。早在2017年时，著名物理学家史蒂芬霍金 (Stephen William Hawking) 便曾以高拟真全息为香港听众发表演说。高拟真全息不仅是一个技术噱头或仅限于娱乐应用，而是透过视频通讯的逻辑演变，提供用户更丰富的用户体验。像是工程师在远程排除故障和维修、医生进行远程手术，以及老师在线授课时，高拟真全息的效果确定会比传统视频来得好。

然而，除了标准的视频属性，像是颜色、深度、分辨率及帧速率外，高拟真全息还需要从多个角度传输，以更全面诠释在倾斜时、以及角度上的变化，所需要的传输速率远远超过目前5G 的能力。此外，要不间断的提供如此高的数据传输速率，需要额外的同步来协调，从多个角度来确保传输内容可以无缝连接。

2017 年 3 月 24 日，史蒂芬霍金透过全息技术（hologram）对香港听众发表演说（左），
他当时人在英国剑桥的办公室现场直播。照片来源： ANTHONY WALLACE / AFP

(2) 万物互联：以5G为平台，数量级 (order-of-magnitude) 和越来越多计划中的互连网络，以及其广泛的使用将成为未来社会的一个主流现象；像是供水、农业、不间断电力、运输和物流网络。这些网络对民生社会以及百工业百业的运转都相当重要，其发展已超越当今的标准地面网络。透过地面网络及和许多计划中的卫星网络之整合（特别是用于低地球轨道LEO卫星），全球性的宽带进接网络已开始实现。

(3) 对时间敏感或是重视时间的工程应用：尽管程度不同，但不管是人类或是机器设备，其实对传输过程中的讯息延迟都是很敏感的。尤其是在高度互联的网络中，信息的实时传递最为重要。可预见的是在未来的社会中，新的应用程序与智能网络的交互运作，必须保证通讯网络的高容量及实时性。传统的互联网能够提供音频和视频传播，为非触觉控制沟通。然而，触觉互联网还能提供一个用于触摸和驱动的实时平台，由于基本的系统设计和架构限制，现今的5G系统无法在人类反应1 毫秒延迟限制下，完全虚拟化并传输到一个定点，这将会是6G 系统才能解决的难题。

图1. 6G 系统的愿景及其底层应用

图片来源：6G Wireless Systems: Vision, Requirements, Challenges, Insights, and Opportunities, PROCEEDINGS OF THE IEEE | Vol. 109, No. 7, July 2021

6G应用场景及性能需求
以上简述了一些6G市场的主要驱动因素，以下介绍一下具体的应用场景及6G网络的需求。

◆ 高拟真全息通讯：如前所述，全息显示器是下一个提供3D影像的多媒体体验，分别从一个或多个来源传输到一个或多个目的地，为最终用户提供身临其境的3D体验。在传输的过程中，网络中的交互式全息能力需要藉由非常高的数据传输速率和极低的时间延迟来达成；这是因为全息图是由多个3D图像组成，如果时间延迟即会产生视差，延迟情况越严重则视差问题也越严重，会大大影响使用者的体验。

(1) 数据传输速率：全息通讯所需的数据传输速率取决于全息图的构建方式，以及显示的类型和需要同步的图像数量。利用数据压缩技术可能有助于降低全息图所需的数据传输速率，但即使有压缩，传输全息图仍需要大量带宽；如果要传输一个成人大小的全息图，需要的数据传输速率需求从每秒数十Mb到每秒4.3 Tb 不等。

(2) 超低延迟：真正的沉浸式场景必须要超低延迟；否则，用户会感到仿真器病 (simulator sickness)。如果还添加了触觉功能，则需要达到亚毫秒级 (submillisecond) 的延迟标准。

(3) 同步：在执行全息通讯时，有很多场景必须要同步进行。不同的感官将会藉不同的传感器经由不同的路径或数据流传送，到最后会融合，因此需要同步及协调的传输过程。当数据流涉及来自多个来源的数据时（像是视频、音频和触觉）、必须要确保有精准及严格的串流同步，以确保数据包能实时到达。

(4) 安全性：对于安全性的需求，视乎应用场景而定。像是要进行远距医疗手术时，完整性和安全性绝对是首要考虑，因为任何微小的失误都可能危及生命。在这种情况下，协调多个协流（coflows）的安全性是一个挑战，因为只要出现对单一数据流的攻击，即可能会危及传输流程中所有的数据。

(5) 弹性：在系统层面，弹性与数据包最少丢失、信号干扰和延迟相关。在服务层面，相关的体验质量指标是可取得和可靠性。在全息通讯服务中，无法修复的故障事件可能会导致厂商重大损失。因此，网络系统的弹性至关重要，用以维持对这些服务的高质量（Quality of Service，QoS）需求。

(6) 计算：全息传播的生成及接收过程中，每一步都充满挑战。虽然利用压缩可以减少带宽的需求，但会严重影响延迟的产生。因此，在更高层级的压缩、计算能力、带宽和延迟之间，必须要权衡轻重。

(1) 机器人和工业自动化：远程工业管理基于实时管理 (real-time) 和控制机器人的需求，技术上需要确保能实时控制，以避免振荡移位。在配备高级机器人的自动化生产场景中，其通讯链路的最大延迟目标要控制在100 μs（微秒）和往返反应时间 1 ms（毫秒）。人类操作员可以透过 VR 或全息类型的通讯模式来监控远程机器，并且在触觉传感器的帮助下，透过动力反馈进行驱动和控制。

(2) 自动驾驶：透过车对车(V2V) 或车辆到基础设施 (V2I) 实现互通及协同运作，自动驾驶理论上可以大大减轻道路交通事故和交通堵塞。然而，过程中只要有几毫秒的延迟便可能会发生意外。因此，6G技术是支持高级驾驶辅助系统、车队管理及全自动驾驶的最佳选择。然而，由于目前尚未出现功能完整的自动驾驶汽车，此一领域在未来十年内肯定会出现更多需求及应用市场。

(3) 医疗保健：远程诊断、远程手术及远程复健是医疗保健中众多潜力应用的一部分，像是COVID-19 肆虐早期，即有大量医疗咨询是通过视频进行的；随着借助先进的远程诊断工具和医疗专业知识，咨询已可随时随地进行，不管患者及医生身在何处。更进一步的，外科医生可以藉由获得实时讯息，然后使用实时视觉反馈和触觉进行操作，向机器人传输的信息，为偏远地区的病人进行远程及机器人手术。[2]　在此应用场景中，触觉互联网能力是技术的核心，必须靠6G网络来支持，以减低网络等待时间时间。

表1整合了6G系统的技术性能要求及其关键绩效指标 (Key Performance Indicators，KPI)，并与5G及4G系统作一比较。而表2则呈现了与 6G 基础设施颠覆性设计相关的挑战和机遇。

表1. 6G系统技术性能要求及6G KPI与5G、4G系统KPI对比

数据源：6G Wireless Systems: Vision, Requirements, Challenges, Insights, and Opportunities,
PROCEEDINGS OF THE IEEE | Vol. 109, No. 7, July 2021

表2. 与 6G 基础设施颠覆性设计相关的挑战和机遇总结

数据源：6G Wireless Systems: Vision, Requirements, Challenges, Insights, and Opportunities,
PROCEEDINGS OF THE IEEE | Vol. 109, No. 7, July 2021

中国国家知识产权局 (CNIPA) 于4月26日发布了《6G通讯技术专利发展状况报告》。报告分别从全球和中国两个层，对6G通讯技术领域的专利总体状况进行了分析。

研究指出在6G通讯技术的领域，全球专利申请量超过3.8万项，其中中国的占比超过三成。数据显示，特别是2011年之后，6G通讯技术相关专利年申请量大幅增加，增速明显提升；其中中国是6G通讯技术专利申请的主要来源国，专利申请占比35%（1.3万多项），位居全球首位（图2）。

从全球各主要国家和地区的申请趋势来看，美国、欧洲、日本的专利申请保持平稳，趋势相对较为平缓，反观中国自2009年之后，专利申请量开始迅速增加，明显超越美国、欧洲、日本和韩国等国家和地区，在全球专利申请中贡献度最大。

图2. 6G关键技术全球和中国专利申请概况

数据源：《6G通讯技术专利发展状况报告》

相对于国外在6G通讯技术创新是由企业走在前列，中国在6G创新的主要力量主要来自高校及科研机构。全球专利申请量排名前十位的申请人中，日本、美国和韩国均有3家，依次是日本NEC公司、韩国大宇通讯公司、日本三菱电子公司、韩国电信研究院、韩国三星电子、美国修斯网络系统公司、日本NTT公司、美国高通公司和美国卫讯公司，而中国电子科技大学位列全球专利申请第八位。从中国专利申请来看，中国高校和科研机构是6G通讯技术创新的主要力量(图3)。

图3. 全球6G专利申请排名

数据源：《6G通讯技术专利发展状况报告》

报告进一步针对太赫兹技术（terahertz technology）、空天海一体化技术（air-space-sea-ground integration technology）、确定性网络技术 (deterministic network technology)、基于AI的空口技术 (AI-based air interface technology) 等6G通讯的四大关键技术专利发展状况进行了分析。

太赫兹技术：涉及太赫兹技术的全球专利申请总量共7737项，总体呈现增长趋势。来自中国的太赫兹技术专利申请最多（3118项，约合3634件），占全球专利申请总量的40%，美国以1585件位居第二。中国专利申请中以国内申请为主体，申请量为3088件，占比近85%，远超国外来华申请量（546件）。全球排名前十位的申请人中，中国申请人占据6家，均为高校和科研机构，其中电子科技大学和中国计量大学位列前两位。

空天海地一体化技术：6G通信的重要发展方向是建构地面通信网路、卫星通信网路及深海远洋网络融合的实现空天海地一体化的全球连接。其中卫星通讯技术领域的全球专利申请总量为25509项，来自中国的专利申请量最多，达到9159件，占比31%。但是全球前十位申请人中仅有1家中国企业，美日韩三国企业类型的申请人位列前茅，其中日本NEC公司、韩国大宇通讯公司、日本三菱电子公司名列前三。另一方面，在卫星通讯技术领域，中国专利申请超过86%的为国内申请，主要来自北京、广东和江苏等省市。

确定性网络技术：高可靠、低时延的确定性网络技术将在6G时代成熟并广泛应用。确定性网络领域全球专利申请总量为1034项，美国在确定性网络技术方面优势明显，专利申请量最多（573项），占全球专利申请总量55%。中国的确定性网络技术专利申请仅为232项（约合387件），占全球专利申请总量的23%。全球专利申请人中，企业申请人占据主导地位，美国的思科和通用电气位居前列。

确定性网络技术的发展重点包括时间敏感型网络技术（TSN）和大规模确定性网络架构技术（DIP）。在时间敏感性网络技术方面，专利申请人排名前三位是美国思科公司、德国西门子公司和美国英特尔公司。在大规模确定性网络架构技术方面，美国思科公司、美国通用电气公司、诺基亚、爱立信等公司申请量排名前列。

基于AI的空口技术：在通讯物理层通过无线传输与AI深度学习相结合是6G的未来趋势。当前全球专利申请总量为566项，来自中国的专利申请最多，占比达到75%，并且近五年来中国专利申请量持续保持增长，年申请量一直保持在全球第一。中国申请人仍以高校和科研院所为主，其中东南大学、中国电子科技大学、南京邮电大学排列前三位。基于未来6G网络的空口技术与AI的结合发展，实现在所有层上对参数的进行快速且细粒度的优化，在自适应波形、编译码以及多址技术等AI的使用上，中国相关机构也已展开研究，并进行了专利布局。