中国工程院院士张平：移动通信堆叠处理模式难以为继 6G亟需原创理论创新

中国工程院院士、北京邮电大学教授张平指出，移动通信演进的驱动力将由1G/2G/3G/4G时代的单一速率需求，经由5G三个场景的过渡，最终转化为以场景驱动作为基本演进范式。

张平认为，在向6G的演进过程中，传统的遵循堆叠处理模式，采取复杂度换取性能增益的技术路线，已经是难以为继，迫切需要新的理论创新。“6G要解决第四次工业革命，不仅要提高速率、拓展空间、还要完善智慧，研究智能、通信与人类未来的相互关系的新体制。”

移动通信演进范式：从需求驱动到场景驱动

为应对复杂开放的巨系统，移动通信演进范式经历着由需求、理论、技术、产业相互作用并不断完善的过程。

张平指出，最早1G/2G/3G在通信泛在（Ubiquity of Communications，UC）时代，关注携带信息的电磁波无所不到；在通信计算泛在（Ubiquity of Communications and Computing，UC2）时代，关注一人多机、共享协同：5G以后加上控制，在通信计算控制泛在（Ubiquity of Communications，Computing and Control，UC3）时代，关注信息交换、处理、施效在虚实世界泛在融合。

从1G无线通信只需要加频减调开始，到3G/4G越来越多的堆叠式发展导致网络负担越来越重。6G到来后，智能性、泛在性成为移动通信重要需求之一，与高速率需求“天下三分”，传统香农信息论已不能满足发展需求，那么新的0→1理论创新是什么？

张平认为，我们需要考虑把意识（Consciousness）作为一个全新的通信对象，泛在性得到进一步扩展，并称之为“人-机-物-灵”。“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。

从系统角度入手：化解6G架构存在三大挑战

张平介绍称，在6G系统中，人与网络节点可以通过语义交互进行更深的信息交互，使得人类从“网络外” 进入“网络内” ，人与网络结点融为一体，共同演进。6G系统是一个处于非平衡态的开放系统，在“无序” 与“有序” 的相互转化中不断向前发展演进。其设计目标就是降低系统无序性，引导系统向着有序结构演变。

我们面临的环境将会是空天地一体化，需要探索人的大脑、意识怎样与之虚实结合。6G网络将促使整个世界走向虚拟与现实结合的“数字孪生”世界。而虚拟空间如虚拟物理空间(VPS)、虚拟精神空间(VSS)、虚拟行为空间(VBS)等应用能够为现实空间处理很多事情。

张平也表示，6G架构存在三大潜在挑战：一是信息传播的非线性，单播、组播、广播等传播方式差异产生非线性效应，会引起信息爆炸式增长和时序错位传播，增加了网络控制和资源优化利用的难度。二是信息空间的高维性，灵的加入，使得信息呈现维度与信息承载维度的数目相等，灵导致信息空间快速扩张、甚至维度灾难，加剧了表征信息承载空间的难度。三是信息处理的复杂性，与意识有关的各种交织、学习、聚集与分离在信息空间中传播与扩展，导致信息耦合在更高维的空间。

展望6G架构理论，张平提出三个要点：第一是结合“人工智能”，有机融合移动通信网络与人工智能，探寻信息表征、变换等普适规律，发展智能网络信息论；二是融入“人类意识”，建模表达人类主观意识及信息的模糊性等，从香农客观信息论跨入主观信息论，发展广义信息论；三是融为“人类社会”，宏微兼顾，凝视局部、全视整体，保障系统个体有序，系统整体演进，发展宏-微信息论融合。

最后，张平强调，6G是中国移动通信又一次引领发展的机遇，他呼吁行业人士共同探讨从系统整体的角度入手，提出解决人类与网络自主演进的新理论。