6G 关键技术能力
6G 关键能力指标三可以分为性能指标和效率指标。性能指标体
现为从用户需求的角度出发，需要未来 6G 提供的关键性能水平。效
率指标则主要从网络运营和可持续发展需求的角度出发，提出未来
6G 系统需达到的效能指标。
一是关键性能指标。6G 将渗透于以人为中心的数字生活，包含
办公、消费、出行等各种区域，以物为中心的数字化城市和生产，
包含交通、医疗、工业、远程监测等行业应用领域，及消除数字鸿
沟的普遍覆盖。以室内热点、智慧城市、工厂产线、工业制造区、
医院、街道、偏远区域为代表的 6G 典型场景，分别具有高流量、高
密度、高移动、高精度、高智能、广覆盖等特征，将对 6G 网络设计
和部署形成挑战。综合考虑 6G 典型业务特点、部署场景特征、用户
和业务分布等特点，获得典型部署场景下的 6G 关键性能需求，主要
包含体验速率、峰值速率、流量密度，时延、同步和抖动，连接数
密度、移动性、可靠性、覆盖、感知/定位精度，AI 服务精度等。
未来 6G 网络需要具备比 5G 更高的性能，支持 Gbps 至几十 Gbps 的用
户体验速率，每平方公里千万至上亿的连接数密度，毫秒甚至亚毫
秒级的空口时延，每平方米 0.1 至数十 Gbps 的流量密度，每小时
1000Km 以上的移动性，数百乃至 Tbps 的峰值速率。以上指标在原有
5G 的基础上将实现 10 至 100 倍的提升。此外，6G 还进一步扩展了
新的能力范畴，将需要支持 us 级的抖动，覆盖范围也扩展至空天地
海的全球覆盖，厘米级的感知和定位精度，人工智能的服务精度和
效率也将达到 90%以上。
二是关键效率指标。6G 需要大幅提高网络部署和运营的效率，
支撑可持续性发展。推动绿色低碳转型是全球共同目标，也是 ICT
产业可持续发展的必然趋势。6G 将以绿色低碳作为网络设计的基本
准则， 既降 低 6G 自身 能 耗 ，同时 赋 能行业低碳发展。为此，6G 将在
系统设计、 技术创 新、产 品 设计、网络运 维 等 多个环节融入节 能 减
排理念 ， 助 力绿色可持续发展。 结 合网络能 耗 支出和 ICT 技术赋 能
减排 等 因素 ， 预 计 2 0 4 0 年 6G 网络的能量效率 相 比 2 0 22 年 移动通 信
网络提升 约 2 0 倍。 与 此同时， 信息技术 的 跨界融 合和服务场景 多样
化对网络可 信 提出新的挑战，需要从设计 初始就构建 一 张 能 够满足
安 全 泛 在、持 久隐私保护 、智能 韧 性的可 信 网络。可 信涵 盖了网络
安 全 （Sec u rity） 、 隐私（Privacy） 、 韧 性 （Re s ilience） 、 功 能
安 全 （Safety） 、可靠性 （Relia b ility） 等 多个 方 面 。可 信 内生 即
与 生 俱 来的可 信 ， 其 可 信 特征 与 网络、业务同步产生、发展和量 身
定制，实现 6G 网络的 自我免疫 、主动 防御 、 安 全 自治 、动 态演 进等
能力，有效 满足不 同业务场景的 差异 化 安 全需求。6G 研 发的 过 程中
还需要考虑网络的运营成本和 维护 成本， 把 低成本也作为 核 心设计
目标 之 一， 构建 低成本的 柔 性、至 简 、 孪 生 自治 网络。综合考虑网
络性能和 潜 在 频谱 ， 相 比 5G， 预 计 6G 频谱 效率将提升 1.5 至 3 倍。
1、空口 演 进 技术
1.1 超 大 规模 M I MO
经过 十 余年 的发展，大 规模 M I MO 技术 在 理论研究 和系统设计方
面都 有了 显著 的成 果 ， 并已 在 5G 新空口中标准化， 开始 大 规模商 用。
6G 系统在 频谱 效率、峰值速率等方 面 的要求更高， 超 大 规模 M I MO 技
术 是大 规模 M I MO 技术 的进一步 演 进升级，通 过 部署 超 大 规模 的天线
阵列（ 低 频 可以达到 或 接 近 10 24 ，高 频 可以达到 或 接 近 8 19 2） ，应
用新 材料 ， 引入 新工具，可以获得更高的 频谱 效率、更大更 灵 活的
网络覆盖，更高的定位精度和能量效率。
超 大 规模 M I MO 主要有 两 种 构 造方 式：集 中 式 和分布 式 。 集 中 式
超 大 规模 M I MO 主要通 过引入 新 材料 新工 艺 ， 如 平 面反射或 透 射阵列
等 技术 ， 构 造具有上千 单元规模 的 集 中 式 天线 阵列 来 满足超 远 距离
覆盖、 超 高 频谱 效率的需求。分布 式超 大 规模 M I MO 结 合了大 规模
M I MO 和分布 式 M I MO 的 技术优 势，可 显著 提升系统 频谱 效率， 改善边
缘 覆盖。 超 大 规模 M I MO 在提高定位精度以及支持 垂直立 体覆盖等场
景也将发 挥着重 要作用。分布 式 和 集 中 式超 大 规模 M I MO 的关键 技术
主要包 括 球 面 和 非 平 稳信 道 建模 、高精度 信 道 状态信息 获 取 、 波束
管理 、 预处理 和接 收检 测等。 深 度 学习技术 在 超 大 规模 M I MO 技术 中
的 波束管理 、 信 道 压缩 和 反馈 和 链路自适 应等方 面 目 前 也展现出了
应用 潜 力。
但超 大 规模 天线 阵列 的应用也 面临着诸多 挑战。一方 面 ， 随着
天线 规模 的 增加 ，成本、 功耗 、体 积 和 重 量将 不 可 避免 的提升， 不
利 于 我国“双 碳 ” 目标的实现， 如不 能有效 控 制 超 大 规模 M I MO 的能
耗 、成本， 其 应用和部署将 受 到 限 制。同时， 集 中 式超 大 规模 M I MO
的高精度 信 道 状态信息 获 取 、 波束管理 、 预处理 和接 收检 测等关键
过 程的 开销 和 复杂 度 都 和天线 规模 成 正 比， 超 大的天线 规模导致 网
络和 终端 在实 际 实现时 都面临 挑战。 而 实现分布 式超 大 规模 M I MO 要
将数 据 和 信 道 状态信息 在 参与传输 的 站 点 之间 进行实时的交 互 ，要
求 站 点 之间 具有高速连接， 且 具有 很 高的时 频 同步精度。 另 一方 面 ，
如果采 用新型的 阵列结构 ， 传 统的实现 多路 空 间复 用的 传输 方 案 以
及 波束管理 方 案 等 不 能 直 接应用，需要 重 新 研究 和设计。 虽 然 深 度
学习技术 对 解决超 大 规模 M I MO 面临 的部分 技术 挑战展现了 潜 力， 但
是 其稳 定性和 泛 化性是 其自身面临 的挑战。通 信 网络对可靠性的要
求 极 高， 深 度 学习模 型 如果 在运行 过 程中的数 据 分布和 训练 的数 据
分布 不 同， 模 型可能 会失 效， 导致 通 信链路 的中 断 。 后 续将从以下
几 个 方 向开 展 研究：
− 在 研究 扩大 阵列规模 对通 信 系统指标 影响 的基础上，进一步
研究 低 功耗 、高能量效率、更高 频段 的新型天线 架构 实现方 案 ，及
与 天线 架构匹配 的 传输 方 案 。
− 建立 性能和 复杂 度有效 折 中的， 匹配非 平 稳 和 近 场特性的通
用 信 道 模 型， 并 在 建模 中考虑天线 单元之间 的 耦 合 情况 。 探索 低 开
销 、低 复杂 度的 信 道 状态信息 获 取 、 波束管理 、 预处理 和接 收检 测
算法 。
− 研究 低成本分布 式超 大 规模 M I MO 部署方 案 ， 研究先 进的有线
回 程 或者无 线 回 程 技术 ， 研究 通 过 空口实现的通道 校 准 技术 以及 站
点 间 时 频 同步 技术 。
− 智能化 超 大 规模 M I MO 研究 ， 探索适 用于 无 线网络的 深 度 学习
模 型， 研究泛 化能力提升 技术 ，提升 模 型在 不 同场景中的 泛 化性能。
− 研究 低 功耗超 大 规模 M I MO 技术 ，从 硬件 工 艺 设计、系统设计
和网络 管理 等 多个维 度 研究降 低 超 大 规模 M I MO 功耗 的 技术 方 案 。
技术研判：超 大 规模 M I MO 可有效提升系统 频谱 效率、能量效率
和覆盖等指标，支撑实现 超 级 无 线 宽带 和通 信 感知 融 合等 6G 典型场
景，分布 式超 大 规模 M I MO 有 望 在 6G 得到 规模 应用， 超 大 规模 M I MO
与 人工智能 结 合 已 成为业 界 共 识 ，有必要 探索适配 低 频 到 太赫兹 的
多频段多 天线 技术框架 ，分 阶段逐 步 开 展标准化工作。 但超 大 规模
M I MO 仍 然 存 在成本、 功耗 、体 积 和 复杂 度等 问题 。
1. 2 先 进 调 制 编码
先 进 调 制 编码 技术 作为 最底层 的物 理 层 技术 ，对 6G 各 项 性能指
标的达成 起 到 重 要的支撑作用。考虑到 6G 应用场景更 加多样 化，性
能指标更为 多元 化，为 满足相 应场景对 吞吐 量/ 功耗 /时延/性能的需
求， 我 们 需要对空口物 理 层 基础 技术 进行 针 对性的设计。
（ 1 ） 编码 技术
目 前 业 界 普遍 认 为，6G 峰值 吞吐 率 会 达到 Tbps 量级。从速率指
标来 看 ，目 前 5G 的数 据信 道 编码 （ LD P C 码 ） 设计 难 以 满足如 此高的
峰值 吞吐 率要求，需要 研究如 何 在中高 码 率实现 该 K P I。从 其 他 指
标来 看 ，6G 还要 满足超 低 功耗 和高数 据 速率场景的 极 低时延要求，
这 除了对 信 道 编码译码器 提出更高要求外， 如 更高的能量效率和 面
积 效率，还需要进一步 降 低 译码 的 err o rfl oo r 来提高 单 次 传输 的可
靠性。6G 极 高的峰值 吞吐 率 与极 低时延也将对数 据存 储 、 译码器 处
理 主 频 提出更高要求，必然 会带 来 终端或者 基 站功耗 的大幅提升，
需要 研究 低 功耗 译码 技术 。此外，从应用场景来 看 ，6G 系统应用场
景更 加宽泛 ， 例 如 陆 海空天一体化通 信 将对 信 道 编码 提出新的挑战，
为 满足 卫星 通 信 要求需要设计性能更 好 、可靠性更高的 纠错编码 和
降 低 H A R Q 重传 的 编码 调 制方 案 。
在 编码 领域， 国际 上在 极 化 码 、 LD P C 码 、代数 码 、 卷 积 码 、中
短码长译码 算法 的 改 进，各种级 联码 设计，有 限 长编码 性能，AI 与
信 道 编码 结 合等领域有大量的 研究 ，成 果 涉 及 5G N R 编码 的低 复杂 度
译码 演 进，基于 5G N R 编码 方 案 的 码 构 造 演 进、 多 层编码 、 编码 与
N OM A 和 M I MO 的 结 合、基于 AI 的 信 道 编码 构 造方 法 、Tbps 量级 超 高
吞吐编译码 技术 、 理论 基线 极限 等。
极 化 码 在 非 常 宽 的 码长 / 码 率下 都 表现出 均衡 且优异 的性能， 如
构 造得 当 ， 其 在 1 比特 细颗粒 度下性能 稳 定可靠。同时， 受 益 于 S C
译码 算法复杂 度 极 低，在支持高 吞吐 率 编译码 时， P o lar 码 在 功耗 、
芯片 面积 等方 面 有 显著优 势。准 循 环 LD P C 码 具有 很 高的 并 行性，可
支持 灵 活的 码长 和 码 率， 非 常 适 合中高 吞吐 率业务。通 过优 化准 循
环 LD P C 码 的 奇偶 校 验 矩 阵 ，可以进一步提升 译码 可靠性， 降 低
err o rfl oo r ， 满足 6G 数 据信 道需求。
（2）调 制 技术
在 调 制领域， 国际 上的 研究 主要 聚焦 在 Q A M 调 制 星座 的 概 率 整
形和几 何整 形、A PS K 调 制、 调 制和 编码 的 联 合 优 化等领域。
通 过 更高的 Q A M 星座图所 能获得的 边际收 益 逐 渐 消 失 ，6G 需要
重 新 审视 调 制 技术 。 概 率幅度 整 形 （P A S） 可以生成接 近 达到 香农 极
限 所 需的 最 优 分布 ； 几 何整 形 （ G S） 基于 格雷映 射 的 规 则幅度 相 移
键 控（ G R A PS K ）技术 ，可以 较好 地平 衡 成形 增 益 与解调复杂 度 之间
的关系， 两者都 能 够 获得 优 于普通 Q A M 调 制的 整 形 增 益 。
技术研判： 为了达到 6G 的 Tbps 量级的峰值 吞吐 率，需要 使 用
更高效的 译码 算法 和高 阶 的 星座 调 制。 概 率成形和几 何 成形 都 有一
定的 增 益 ， 但 在实现 复杂 度方 面 有 差异 ，还需要进一步从 频谱 效率，
能效率， 硬件 一 致 性， 鲁棒 性等方 面 进行全 面 的 评估 。 面向 6G， 编
码 技术 有 很 大可能还将 沿 着 LD P C 码 和 极 化 码 的方 向 进行 演 进和 优 化。
当 然，综合考虑 6G 典型场景和指标体系的 多样 化， 探 讨 用统一的 框
架 ，实现 控 制 信 道和业务 信 道 编码 的统一，也是有 意义 的 探索 。
1. 3 新 波 形 技术
变换 域 波 形将发 送符号映 射 于 不 同于普通时 频 域的特 殊 对 偶 域
（如 时延 - 频 率、时 变- 多 普 勒 等对 偶 域 ） ，可以更 直 观 地 刻画 时延、
多 普 勒 等 维 度的 信息 。在高速移动等场景下， 变换 域 波 形方 案相 比
于 传 统基于 O FD M 的 波 形方 案（ 包含 DF T - s - O FD M） 在 M I MO 兼容 性、
复杂 度、 P A PR 、 带 外 泄露 、 相 噪抑 制、定时 误 差 鲁棒 性等方 面 需要
深入研究 。
超 奈奎斯 特系统包 括 F T N 、 S EFF M 和 O VXD M 等， 相 比于 传 统的 奈
奎斯 特 采样 系统， 其 突 出的 技术优 势是在 非 s inc 脉冲 成形下的高 频
谱 效率和高 吞吐 量。对于有 限 星座 和 非 s inc 脉冲 成形， 超 奈奎斯 特
系统有可能是实现通 信 容 量上 界 的 唯 一 路 径 。 传 统的 正 交 传输信 号
