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中國工程院院士張平:行動通訊堆疊處理模式難以為繼,6G 亟需原創理論創新

伴隨著 5G 規模商用的逐步展開,行動通訊產業正在加速融入到千行百業中,釋放出強大的勢能,加速全社會數字化轉型的程序。5G 向 B5G/6G 的演進,也成為行業內關注的焦點。

中國工程院院士、北京郵電大學教授張平指出,行動通訊演進的驅動力將由 1G/2G/3G/4G 時代的單一速率需求,經由 5G 三個場景的過渡,最終轉化為以場景驅動作為基本演進正規化。

張平認為,在向 6G 的演進過程中,傳統的遵循堆疊處理模式,採取複雜度換取效能增益的技術路線,已經是難以為繼,迫切需要新的理論創新。“6G 要解決第四次工業革命,不僅要提高速率、拓展空間、還要完善智慧,研究智慧、通訊與人類未來的相互關係的新體制。”

行動通訊演進正規化:從需求驅動到場景驅動

為應對複雜開放的巨系統,行動通訊演進正規化經歷著由需求、理論、技術、產業相互作用並不斷完善的過程。

張平指出,最早 1G/2G/3G 在通訊泛在(Ubiquity of Communications,UC)時代,關注攜帶資訊的電磁波無所不到;在通訊計算泛在(Ubiquity of Communications and Computing,UC2)時代,關注一人多機、共享協同:5G 以後加上控制,在通訊計算控制泛在(Ubiquity of Communications,Computing and Control,UC3)時代,關注資訊交換、處理、施效在虛實世界泛在融合。

從 1G 無線通訊只需要加頻減調開始,到 3G/4G 越來越多的堆疊式發展導致網路負擔越來越重。6G 到來後,智慧性、泛在性成為行動通訊重要需求之一,與高速率需求 “天下三分”,傳統夏農資訊理論已不能滿足發展需求,那麼新的 0→1 理論創新是什麼?

張平認為,我們需要考慮把意識(Consciousness)作為一個全新的通訊物件,泛在性得到進一步擴充套件,並稱之為 “人 - 機 - 物 - 靈”。“靈”不僅發揮智慧代理作用,還將以使用者 “始終最佳體驗”為指引,為使用者的認知發展,形成互助互學的意象表達與互動環境,促進人工智慧與人類智慧的和諧共生。

從系統角度入手:化解 6G 架構存在三大挑戰

張平介紹稱,在 6G 系統中,人與網路節點可以通過語義互動進行更深的資訊互動,使得人類從 “網路外” 進入 “網路內” ,人與網路結點融為一體,共同演進。6G 系統是一個處於非平衡態的開放系統,在 “無序” 與 “有序” 的相互轉化中不斷向前發展演進。其設計目標就是降低系統無序性,引導系統向著有序結構演變。

我們面臨的環境將會是空天地一體化,需要探索人的大腦、意識怎樣與之虛實結合。6G 網路將促使整個世界走向虛擬與現實結合的 “數字孿生”世界。而虛擬空間如虛擬物理空間 (VPS)、虛擬精神空間 (VSS)、虛擬行為空間 (VBS)等應用能夠為現實空間處理很多事情。

張平也表示,6G 架構存在三大潛在挑戰:一是資訊傳播的非線性,單播、組播、廣播等傳播方式差異產生非線性效應,會引起資訊爆炸式增長和時序錯位傳播,增加了網路控制和資源優化利用的難度。二是資訊空間的高維性,靈的加入,使得資訊呈現維度與資訊承載維度的數目相等,靈導致資訊空間快速擴張、甚至維度災難,加劇了表徵資訊承載空間的難度。三是資訊處理的複雜性,與意識有關的各種交織、學習、聚集與分離在資訊空間中傳播與擴充套件,導致資訊耦合在更高維的空間。

展望 6G 架構理論,張平提出三個要點:第一是結合 “人工智慧”,有機融合行動通訊網路與人工智慧,探尋資訊表徵、變換等普適規律,發展智慧網路資訊理論;二是融入 “人類意識”,建模表達人類主觀意識及資訊的模糊性等,從夏農客觀資訊理論跨入主觀資訊理論,發展廣義資訊理論;三是融為 “人類社會”,巨集微兼顧,凝視區域性、全視整體,保障系統個體有序,系統整體演進,發展巨集 - 微資訊理論融合。

最後,張平強調,6G 是中國行動通訊又一次引領發展的機遇,他呼籲行業人士共同探討從系統整體的角度入手,提出解決人類與網路自主演進的新理論。