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当前,新一轮科技革命和产业变革突飞猛进,随着5G商用的大规模部署,全球业界已开启对下一代移动通信(6G)的探索研究。日前,IMT-2030(6G)推进组(以下简称“推进组”)正式发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书,本白皮书作为推进组的阶段性成果,内容涵盖总体愿景、八大业务应用场景、十大潜在关键技术等,并阐述了对6G发展的一些思考。

6g总体愿景

随着5G大规模商用,全球业界已开启对下一代移动通信技术(6G)的研究探索。面向2030年及未来,人类社会将进入智能化时代,社会服务均衡化、高端化,社会治理科学化、精准化,社会发展绿色化、节能化将成为未来社会的发展趋势。

从移动互联,到万物互联,再到万物智联,6G将实现从服务于人、人与物,到支撑智能体高效联接的跃迁,通过人机物智能互联、协同共生,满足经济社会高质量发展需求,服务智慧化生产与生活,推动构建普惠智能的人类社会。

在数学、物理、材料、生物等多类基础学科的创新驱动下,6G将与先进计算、大数据、人工智能、区块链等信息技术交叉融合,成为服务生活、赋能生产、绿色发展的基本要素。6G将充分利用低中高全频谱资源,实现空天地一体化的全球无缝覆盖,随时随地满足安全可靠的“人机物”无限连接需求。

6G将提供完全沉浸式交互场景,支持精确的空间互动,满足人类在多重感官、甚至情感和意识层面的联通交互,通信感知和普惠智能不仅提升传统通信能力,也将助力实现真实环境中物理实体的数字化和智能化,极大提升信息通信服务质量。

6G将构建人机物智慧互联、智能体高效互通的新型网络,在大幅提升网络能力的基础上,具备智慧内生、多维感知、数字孪生、安全内生等新功能。

6G将实现物理世界人与人、人与物、物与物的高效智能互联,打造泛在精细、实时可信、有机整合的数字世界,实时精确地反映和预测物理世界的真实状态,助力人类走进人机物智慧互联、虚拟与现实深度融合的全新时代,最终实现“万物智联、数字孪生”的美好愿景。

6G潜在应用场景

(一)沉浸式云XR:虚拟空间的广阔天地

扩展现实(XR)是虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)等的统称。云化XR技术中的内容上云、渲染上云、空间计算上云等将显著降低XR终端设备的计算负荷和能耗,摆脱了线缆的束缚,XR终端设备将变得更轻便、更沉浸、更智能、更利于商业化。

面向2030年及未来,网络及XR终端能力的提升将推动XR技术进入全面沉浸化时代。云化XR系统将与新一代网络、云计算、大数据、人工智能等技术相结合,赋能于商贸创意、工业生产、文化娱乐、教育培训、医疗健康等领域,助力各行业的数字化转型。

(二)全息通信:身临其境的极致体验

随着无线网络能力、高分辨率渲染及终端显示设备的不断发展,未来的全息信息传递将通过自然逼真的视觉还原,实现大满足人类对于人与人、人与物、人与环境的沟通需求。

未来全息通信将广泛应用于文化娱乐、医疗健康、教育、社会生产等众多领域,使人们不受时间、空间的限制,打通虚拟场景与真实场景的界限,使用户享受身临其境般的极致沉浸感体验。但同时,全息通信将对信息通信系统提出更高要求,在实现大尺寸、高分辨率的全息显示方面,实时的交互式全息显示需要足够快的全息图像传输能力和强大的空间三维显示能力。

对于全息通信应用于“数字人”的靶向治疗、远程显微手术等特殊场景,由于信息的丢失意味着系统可靠性的降低,且为满足延时要求,传输的数据通常不可以选择重传,所以要求数据传输具有超高安全性和可靠性。

(三)感官互联:多维感官的交融响应

面向2030年及未来,更多感官信息的有效传输将成为通信手段的一部分,广泛应用于医疗健康、技能学习、娱乐生活、道路交通、办公生产和情感交互等领域。

为了支撑感官互联的实现,需要保证触觉、听觉、视觉等不同感官信息传输的一致性与协调性,毫秒级的时延将为用户提供较好的连接体验。触觉的反馈信息与身体的姿态和相对位置息息相关,对于定位精度将提出较高要求。在多维感官信息协同传输的要求下,网络传送的最大吞吐量预计将成倍提升。

安全方面,由于感官互联是多种感官相互合作的通信形式,为保护用户的隐私,通信的安全性必须得到更有力的保障,以防止侵权事件的发生。感官数字化表征方面,各种感觉都具有独一其单独和联合的编译码方式,使得各种感觉都能够被有效地表示。

(四)智慧交互:情感思维的互通互动

依托未来6G移动通信网络,有望在情感交互和脑机交互(脑机接口)等全新研究方向上取得突破性进展。具有感知能力、认知能力、甚至会思考的智能智能体之间的支配和被支配关系将开始向着有情感、有温度、更加平等的类人交互转化。

具有情感交互能力的智能系统可以通过语音对话或面部表情识别等监测到用户的心里、情感状态,及时调节用户情绪以避免健康隐患;通过心念或大脑来操纵机器,让机器替代人类身体的一些机能,可以弥补残障人士的生理缺陷、保持高效的工作状态、短时间内学习大量知识和技能、实现“无损”的大脑信息传输等。

(五)通信感知:融合通信的功能拓展

未来6G网络将可以利用通信信号实现对目标的检测、定位、识别、成像等感知功能,无线通信系统将可以利用感知功能获取周边环境信息,智能精确地分配通信资源,挖掘潜在通信能力,增强用户体验。

6G将利用无线通信信号提供实时感知功能,获取环境的实际信息,并且利用先进的算法、边缘计算和AI能力来生成超高分辨率的图像,在完成环境重构的同时,实现厘米级的定位精度,从而实现构筑虚拟城市、智慧城市的愿景。

(六)普惠智能:无处不在的智慧内核

到2030年,越来越多的个人和家用设备、各种城市传感器、无人驾驶车辆、智能机器人等都将成为新型智能终端。不同于传统的智能手机,这些新型终端不仅可以支持高速数据传输,还可以实现不同类型智能设备间的协作与学习。

可以想象,未来整个社会通过6G网络连接起来的设备数量将到达万亿级,这些智能体设备通过不断的学习、交流、合作和竞争,可以实现对物理世界运行及发展的超高效率模拟和预测,并给出最优决策。

(七)数字孪生:物理世界的数字镜像

随着感知、通信和人工智能技术的不断发展,物理世界中的实体或过程将在数字世界中得到数字化镜像复制,人与人、人与物、物与物之间可以凭借数字世界中的映射实现智能交互。通过在数字世界挖掘丰富的历史和实时数据,借助先进的算法模型产生感知和认知智能,数字世界能够对物理实体或者过程实现模拟、验证、预测、控制,从而获得物理世界的最优状态。

未来6G时代将进入虚拟化的孪生数字世界。在医疗领域,医疗系统可以利用数字孪生人体的信息,做出疾病诊断并预判最佳治疗方案;在工业领域,通过数字域优化产品设计,可降低成本并提高效率;在农业领域,利用数字孪生进行农业生产过程的模拟和推演,可以提前预知不利因素,提高农业生产的能力与土地利用效率;在网络运维领域,通过数字域和物理域的闭环交互、认知智能、以及自动化运维等操作,网络可快速适应复杂多变的动态环境,实现规划、建设、监控、优化和自愈等运维全生命周期的“自治”。

(八)全域覆盖:无缝立体的超级连接

全域覆盖将实现全时全地域的宽带接入能力,为偏远地区、飞机、无人机、汽车、轮船等提供宽带接入服务;为全球没有地面网络覆盖的地区提供广域物联网接入,保障应急通信、农作物监控、珍稀动物无人区监控、海上浮标信息收集、远洋集装箱信息收集等服务;提供精度为厘米级的高精度定位,实现高精度导航、精准农业等服务;此外,通过高精度地球表面成像,可实现应急救援、交通调度等服务。

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Interest in unmanned aerial system (UAS) powered solutions for 6G communication networks has grown immensely with the widespread availability of machine learning based autonomy modules and embedded graphical processing units (GPUs). While these technologies have revolutionized the possibilities of UAS solutions, designing an operable, robust autonomy framework for UAS remains a multi-faceted and difficult problem. In this work, we present our novel, modular framework for UAS autonomy, entitled MR-iFLY, and discuss how it may be extended to enable 6G swarm solutions. We begin by detailing the challenges associated with machine learning based UAS autonomy on resource constrained devices. Next, we describe in depth, how MR-iFLY's novel depth estimation and collision avoidance technology meets these challenges. Lastly, we describe the various evaluation criteria we have used to measure performance, show how our optimized machine vision components provide up to 15X speedup over baseline models and present a flight demonstration video of MR-iFLY's vision-based collision avoidance technology. We argue that these empirical results substantiate MR-iFLY as a candidate for use in reducing communication overhead between nodes in 6G communication swarms by providing standalone collision avoidance and navigation capabilities.

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