漫谈6G,为时过早?

2022-03-02 18:27:08

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自5G逐渐规模应用后,关于6G的讨论就层出不穷。

从2018年国内着手研究6G,到纽约大学、加州大学进行太赫兹6G方向预研;从建立6G联盟,到SKTelecom与诺基亚和爱立信签署了相关协议,以加强在6G网络研发方面的合作;除了国内,美国、俄罗斯、日本以及欧盟都在紧锣密鼓地开展6G研讨,一时间,6G似乎比元宇宙还火。

按照过去经验来看,移动通信技术基本上保持着“十年1G”的迭代周期。

每一代移动通信技术的诞生,都出于解决行业发展所面临的难题,并且,新一代通信技术变革,对上一代的降维打击往往是颠覆性的。比如最早的1G,它仅仅提供了移动语音电话的解决方案,类似大哥大这类传呼机;到了2G,移动语音和短信应用开始普及;3G是数据网络通信的时代,互联网应用生态也在此时开始生根发芽;4G是移动互联网的黄金年代;5G在于万物互联。

可能是3G到4G过于丝滑,5G的到来,并没有引起全民换机潮,并且,舆论对6G的看法也两极分化:正面的声音认为6G是大势所趋;反面观点则认为6G就是炒概念,没有人真的需要6G。当然,争议并不是最重要的议题,很多人还没搞明白6G究竟是什么,以及6G会改变什么。

一、从人到智能体

早在2019年,SantiagoTenorio(沃达丰网络架构总监)就曾表示,“行业应该把6G变成‘无G’(no-G)。”在他看来,目前的技术已经到顶,除了升级服务和应用程序,几乎没有什么根本上的改进余地,6G是子虚乌有的事情。到了去年8月,IEEE曾面向数百名电信网络行业专家,展开对6G看法的调研,结果过半数的人更倾向认为,6G是在5G基础上的一个升级延续,而非颠覆。

就像广泛使用的4G,基于网络数据传输速率大幅提升,移动互联网催生了大量的新业态,直播就是最典型的案例。但4G能较好匹配消费级应用场景,却难以适配更高级的运算场景:比如AI领域信息收集和处理,所以人们起初对于5G的认知,更多地停留在网速更快这一层面上。

但实际上,5G不仅让智能家居、智能穿戴、远程医疗、智慧城市等新概念逐渐实现,并且带来新的商机,对个人也包括行业都会有改变。

根据《华为6G白皮书》,与前几代移动通信技术相比,6G将在5G基础上,从“连接的事物”演变为“连接的智能”。结合AI、云计算及大数据技术的发展,赋能万事万物,实现智能泛在连接,6G的主流应用也将会是XR云服务、触觉反馈、全息显示等。

这里就不得不提到一个老概念:数字孪生。

使用场景上,数字孪生基于物理世界生成一个数字化的孪生虚拟世界,物理世界的人和人、人和物、物和物之间将可以通过数字化世界来传递信息。它最早被用在飞机发动机的预测性维护上,而“人的数字孪生”是通过在人体内使用大量智能传感器,采集现实人体的各种器官数据,数字化重建后形成数字人。

图:6G场景(来源:中国移动研究院)

在6G的一些设想中,未来人们是能够传递触觉、嗅觉、味觉的,甚至人的情感都可以传递和交互,当然,这种语境下科幻色彩有些过于浓厚,所以导致一些人士认为6G是非必要的。

二、6G的技术原理

接下来我们聊聊6G的技术层面。

众所周知,从1G到5G,为了提高无线链路的速率和容量,移动通信总向着更多的频谱、更高的频段去扩展。据《日经新闻》报道,日本现行的5G通信,以6GHZ以下的频段为主,速度和4G并没有太大差异。之所以早早展开6G技术攻防战,是为了应对未来以太赫兹运用、人造卫星技术等科技竞争。

补充一个知识点:太赫兹是一个频率单位,1THz=1000GH,基于太赫兹技术,6G网速能够达到5G网速的50倍以上,也就是说,在6G时代,室内的精准度误差可能会降到10厘米以内,而在室外精准度的误差也不会超过1米。

作为高速宽带的通信载体,太赫兹波具有极高的方向性和穿透能力,因此适用于恶劣环境下的短距离保密通讯,也适用于高带宽需求的卫星通信领域。国际通讯联盟认为6G如果要变成以太赫兹技术为基础的超高速网络,需要开拓的是100GHz-10THz的频段范围。

因为之前手机通信网络主要以光纤连接的基站接入互联网为基础,由于6G的应用场景将会更丰富,考虑到近空和海面、高山、沙漠等地面基站搭建的困难,将使用低轨道卫星和飞行在平流层的高空伪卫星无人机,卫星通信将是传统地面移动通信系统的重要补充,空天地一体化的覆盖成为趋势。

也有行业专家认为,不同于目前手机通信网络以光纤连接的基站作为基础,“6G网络将实现地面无线与卫星通信的连接。”这样一来,网络信号无缝抵达,理想状态下能够覆盖世界的各个角落,甚至让荒僻地区的人们都能接受远程医疗和教育,并且,在卫星系统与地面网络的联动下,进行更为精准的天气预测,做到快速应对突发自然灾害。

但不得不说的是,对于太赫兹技术,我们仍需理性。

一般来说,网络的迭代分为两个层面,一是传输,二是应用。传输指的是硬件层面,比如基站、芯片这些,应用主要是指软件。因为4G已经落实到具体的软件应用,所以能在一定程度上改变我们的生活方式,4G的成功让5G和6G压力陡增,所以我们经常能听到:虽然大家天天在谈5G,但5G也只在硬件维度上是成熟状态,距离实际的规模应用还有很长一段距离,至于6G,仍停留在理论方面。

闻库(中国通信标准化协会副理事长)曾表示,“太赫兹作为6G的重要技术方向,前提基础还是要先把毫米波培育成熟。”这背后的原因很简单,现在4G、5G用的毫米波仍存在覆盖能力弱、建网成本高企、终端生态不成熟等问题亟需解决。

换句话说,就算到了6G时代,太赫兹波也有可能遭遇类似问题。如果说MassiveMIMO(大规模天线技术)是5G的标志性技术,那么6G的主要方向,还是在于如何提升场景适应性、降低系统开销、简化计算、提升多用户配对效率等方面。

人们通常会认为AI给5G打开了一扇窗,5G能让AI变得更泛在,“万物互联”就是在这样的基础上被提出。那么问题来了,谁会敲开6G的需求大门,“万物智联”是真命题还是伪命题,这些问题都要等到6G标准出来才能回答。

三、6G距离我们有多远?

通信技术的更迭不比其他,一般来说,先有标准后有应用。

但需要注意的是,标准往往来自于场景规模应用的直接反馈,6G也不例外,与其说业界在为6G技术竞合,倒不如说为标准寻找真正意义上的试验田。就目前来看,虽然业界还没有制定出6G统一标准,但对6G商用化进程已经达成了初步共识,并规划出了时间线雏形,去年科技风云榜大会上,王建宙(中国移动原董事长)曾表示,“到2030年,6G将会商用。”

在5G尚未完全普及之时,很多人吐槽6G注定会“起个大早,赶了个晚集”,但参考移动通信产业“用一代、做一代、看一代”的发展规律,提前备战下一代通信技术,进行前瞻性的研发和专利储备,并不为过。

毕竟,上升至战略层面,这很有可能是抢占未来信息产业制高点的关键。

据刘光毅(中国移动研究院首席专家)推测,基于5G的研发历程,整个6G研发将大概分为两个阶段。第一阶段(2018—2025年),愿景、需求的定义和关键技术的研究验证、系统概念设计与原型验证;第二阶段(2026—2030年),3GPP开始相关标准的研究和制定,“端到端”产业化推进,业务和应用培育以及商用部署。

放眼国外,芬兰率先发布了全球首份6G白皮书,Horizon2020组织启动“智能网络与服务”的6G研究项目、美国一直重视太赫兹及空天地一体化技术领域,形成了由SpaceX、Amazon、Astra和波音公司等为核心成员的低轨卫星互联网编队;日韩6G研究偏向校企合作,其中LG、三星建立了6G研究中心,并发布6G白皮书,内容涵盖了6G愿景、演进趋势、应用场景、标准化时间表等。

当我们把通信网络的发展需求,和马斯洛需求层次理论类比,我们不难发现,后者从人类动机的角度出发,把人的需求从低到高依次分为生理、安全、社交、尊重和自我实现,前者从1G发展至今,从基本满足人与人之间的通信需求,到满足各种生活场景需求,再到人与物、物与物间的高速连接,通信技术已经成为连接真实物理世界与虚拟数字世界的纽带。

但摩尔定律的失效,不免让我们停下来思考:6G漫谈,是否为时过早?

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