硬核6G网络将如何巅覆我们生活的世界?

2020年已过半,我国5G商用也已满一年,面向2030年,未来移动通信会发生哪些改变,6G将带来哪些应用,6G的网络结构又将如何构成?

  2019年是我国5G商用元年,也是我国启动6G研究之年。

  6G,第六代移动通信技术,是5G的延伸。6G的传输能力可能比5G提升100倍,网络延迟也可能从毫秒降到微秒级。2018年芬兰开始研究6G相关技术,随后中、美、日等国跟进。目前6G仍在开发阶段,预计将在2030年左右上市。

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  中兴通讯对从5G到超越5G(B5G)和6G的时间表的详细预测

  如今,2020年已过半,我国5G商用也已满一年,面向2030年,未来移动通信会发生哪些改变,6G将带来哪些应用,6G的网络结构又将如何构成?

  一、6G网络将有多强大?

  与5G网络相比,6G这个新的概念正在形成。关于6G的能力,目前国际上尚未有统一认知。甚至有人认为,6G网络很可能只是一个虚拟的概念,而不是可以作为界限的“真实”网络。

  尽管如此,但随着6G研究的推进,一切似乎越来越清晰……通过对应用场景的理解和分析,6G网络性能指标的定位主要包括:

  ①、6G网络的峰值速率要达到太比特级(Tbps);

  ②、用户体验速率达到吉比特级(Gbps);

  ③、用户的时延接近实时处理海量数据(0.1毫秒延迟);

  ④、无线网络的可靠性接近有线传输(99.99999%的可靠性);

  ⑤、6G流量密度和连接数密度比5G提升至少10倍,甚至千倍;

  ⑥、支持高速移动通信,速度突破1000公里/小时,不仅支持高速铁路的通信覆盖,还支持对飞机的覆盖;

  ⑦、在频谱效率上能够有两到三倍的提升。

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  为了满足以上指标,6G需要在频谱的使用范围、使用效率、网络架构、功能以及安全和AI方面进行全新的变革,以此满足6G业务和应用需求。

  但相比于指标,人们或许对6G带来全新能力及应用更感兴趣。

  首先是速度和频谱。5G使用的是毫米波,比4G使用的波长短很多,较短的波长意味着5G可以比4G更快地传输大量数据,而6G的更高频率除了提供明显更好的吞吐量外,还将实现比5G更快的采样速率,因此,可以认为,6G将带来比5G更快捷的速度。

  与5G运行的常用GB级别的速度相比,6G有望支持每秒1TB(Tbps)的速度。这种级别的容量(Capacity)和延迟(Latency)将是前所未有的,并将扩展5G应用的性能与范围,以支持无线识别、感测和成像领域中越来越多的创新应用。

  此外,5G时代,移动边缘计算(MEC)被认为是5G网络的补充。但是到了6G时代,MEC将内置于所有6G网络中。也就是说,到部署6G网络时,边缘和核心计算将更加无缝地集成为组合的通信/计算基础架构框架的一部分。随着6G技术的投入运营,许多优势将会凸显出来,例如6G将大大推动人工智能新系统的发展,同时创造很多人工智能领域的新应用。

  在6G时代,人机与智能机之间的交互将大大增加, “感官互联网”有望实现——这既包括增强的脑机交互,又包括了体内监测。

  具体的表现为:

  6G又被称为 “无线认知”,这可能意味着人类情报最终可以即时通过空中发送。可以通过6G手机启用具有类人功能的远程控制机器人和人工智能应用程序。通过使用高于95 GHz的电磁频率,未来的手机将能够使用巨大的信道带宽和高度定向的天线,从而实现出色的覆盖范围并实现新的应用。这些频率是今天的4G手机频率的40倍,是5G频率的三到四倍。

  未来的6G手机还将提供精确的位置定位精度和范围,使我们能够精确地知道我们的位置,直至厘米。再加上出色的传感和成像功能,6G让机器能像人类用眼睛看到近处和远处的事物成为可能,这对自动驾驶真正落地规模化非常重要。另外,通过构建本地环境地图并将从环境中接收到的信号与电话上的高方向性,可操纵天线相结合,6G手机将能够在墙后看到墙壁。

  亚兆赫兹频带中的新频率将在很宽的频率范围内传输超快速的计算,从而使未来的手机具有更大的功能。例如,未来的6G手机将能够测试您周围的空气中是否含有过敏原,爆炸物或有毒化学物质,并确定您的食物是否可以安全食用。它可以帮助您使用夜视功能在黑暗中看到图像,并渲染出比人眼所见更好的图像。正如手机已取代许多人使用的独立相机和手表并开始取代钱包一样,6G手机有一天可能会通过使用护目镜来代替眼镜,护目镜可以兼作耳机,具有令人难以置信的成像能力和立体声效果。

  通过6G,网络运营商还将能够生成相互联系的协作数字孪生,以及大型物体及其周围环境的数字表示。诺基亚贝尔实验室已展示了新泽西街道上的数字孪生,其中包含无人机捕获的高分辨率数据,用于无线网络优化,例如准确的信号传播预测。

  二、如何驱动6G前进?

  当然,通往6G的道路将充满挑战,这主要是由于以下事实:需要开发许多支持THz频率的技术,需要获取频谱,并且需要制定/扩展监管政策。

  还有一个极为重要的是——成本。

  尽管如此,6G为全球的研发部门提供了多年的机会去探索前所未有的技术。

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  “ 6G的底线是数据,” 6G旗舰机构的总监 Latva-aho坚定认为,在无线网络内收集,处理,传输和使用数据的方式将推动6G的发展。

  而中国移动刘光毅认为,结合DICT发展的趋势,我们在5G网络发展中看到的经验和教训,期待6G能够在以下五个方向变革:一是引入数字孪生,二是实现多方数据和资源的协同管理;三是实现端到端的微服务化设计;四是至简基站;五是数据和信令的分离,进而带来整个网络部署效率和成本的提升。

  基于此,未来网络逻辑架构可往“三层、四面”发展。三层包括:资源层、功能层、服务层,资源层提供底层的无线、计算、存储等基础资源,为功能层的功能生成提供支撑和服务,功能层为服务层的业务和应用提供支撑。在功能层引入数据收集面、智能面、共享与协作面、安全面,实现安全内生、智慧内生。

  刘光毅还表示,从整个网络演进和变革来看,设计6G网络要考虑三方向的驱动力。一是新业务、新应用、新场景带来什么样的需求;二是解决现网问题和面临的挑战,去年5G NSA建设带来高能耗、高成本、运维效率低等挑战,未来网络设计要考虑如何改变这些现状;三是随着云计算、大数据 、AI技术的进步,新技术发展带来了驱动力。

  在解决现网问题和面临的挑战上,刘光毅认为有四个问题比较突出。

  一是要进一步解决时延问题。固化的协议结构成为实现更低时延的瓶颈,对于5G无线网络来说,协议结构是分层的,所有业务要一层一层处理,每一层的处理都会有时延,构成一个业务传输时延的瓶颈。要进一步缩短空口的时延,势必要打破这个结构。

  二是网络切片的支持技术要进一步演进,5G支持端到端切片,但在标准设计之初,切片的设计和优化在无线网和核心网是分别考虑的,二者是否能够很好衔接有待SA商用验证,这需要在6G网络设计中考虑。

  三是要解决单一的网络结构带来的高成本和高功耗问题。目前5G网络部署是以基站为单位,全功能部署,这会使整个建设的成本高、功耗高,在6G网络要做变革,根治这两大问题。

  四是大规模基站部署成本高、运维难度不断提升,要思考用AI和大数据实现网络运维的智能化,但由于5G网络设计之初没有完整地考虑对这些功能的支持,目前所做的智能化运维突破,很难做到全网运维支撑。相信6G时代,网络运维的自动化必将是一个新的发展方向。

  三、世界各国的6G研究进展

  芬兰:

  作为6G研究的先行者,芬兰除了每年定期会举办的6G无线峰会外,芬兰的奥卢大学还开启了一项名为“6G Flagship”的6G研究计划。6G Flagship目前包括了来自澳大利亚,中国,欧洲和美国的大学的专家,共同致力于6G通信技术的标准化,使得这些通信技术可以提供“即时、无限的无线连接”,与4G到5G过渡的情况一样,该小组正在计划通过开发“超高频”的无线带宽技术扩展带宽到5G容量的1000倍, 突破5G的覆盖范围。

  目前,6G Flagship的主要研究方向包括无线连接(WirelessConnectivity)、设备与电路技术(Devices and Circuit Technology)、分布式计算(Distributed Computing)和服务与应用(Service & Applications)四大板块。

  中国:

  中国科技部已在2019年11月发布了消息,宣布推动6G的技术研发工作,同时成立国家6G研发工作组和促进6G技术发展的普通专家组。其中,推进工作组由相关政府部门组成,职责是推动6G技术研发工作实施。总体专家组由来自高校、科研院所和企业共37位专家组成,主要负责提出6G技术研究布局建议与技术论证,为重大决策提供咨询与建议。

  而在5G上领跑全球的华为无疑将会是中国6G的重要参与者之一。

  从最近一年来看,中国5G的发展进步很大,第一是在频率方面,中国是基于中频来发展5G,全球接近90%的营运商都选择了中频这个发展方向。所以,中国在整个5G中频处于非常好的开端。目前,华为已经手握100个5G商业合同。此外,中国在整个5G的建设规模上也是处于领跑地位,到目前为止中国已经建设了19万个基站,预计到全年会达到50万到60万站之间。

  与此同时,华为已经在加拿大启动了6G移动网络的研究。针对尚未完善的6G技术,任正非也表示华为采取了5G与6G同时推进的战略。目前华为已经在参与6G相关预研工作,已预研6G以用毫米波段为主,正处于场景挖掘和技术寻找阶段。华为预计,在2030年的时候,会出现一些6G方面的应用。

  同时中兴通讯也已成立先进技术小组,目前共有100至200名研究人员正在努力致力于超越5G技术领域的研发。

  韩国:

  电信巨头三星已在首尔南部设立了新的研发中心,名为Advanced Communication Center(高级通讯研究中心)。目前的电信技术标准团队已经扩大,并已开始对6G网络进行研究。

  三星官方表示将继续致力于下一代技术的研发,例如太赫兹范围的无线通信、使用RF材料的先进组件以及电信与计算的融合技术等等,并预计比4G LTE快100倍,比5G快5倍。

  与此同时,韩国其他的电信巨头也着手了6G领域的布局:LG电子宣布了领导6G全球标准化并通过研究中心创造新商机的战略,并与韩国高级科学技术学院(KAIST)携手建立了LGE-KAIST 6G研究中心。该中心设在韩国大田市尤城区的KAIST研究所中。美国第二大移动运营商KT Corp也与首尔国立大学(SNU)签署了一项协议,以合作进行6G研究。

  美、日、欧盟:

  除中国与芬兰,美、日、欧盟已着手研究6G技术。

  在美国,虽然政府并未宣布官方的6G研发计划,但是美国政府对6G的研发非常重视。事实上,在去年3月份美国联邦通信委员会就投票决定,为“6G、7G或任何下一代网络”开启95GHz至3THz频段,为公司测试和销售5G以上的技术的无线设备提供了合法途径。

  而日本也已将开发太赫兹技术列为“国家支柱技术十大重点战略目标”之首。欧盟也已将发展太赫兹通信列为了6G研究计划。

  各个电信巨头公司也在6G领域开始了首要布局,例如测试仪器制造商泰克(Tektronix)、IEMN(法国研究实验室)和日本电报电话公司(NTT)共同宣布开发100 Gbps的 “无线光纤” 解决方案。索尼,NTT和英特尔也宣布建立合作伙伴关系,共同致力于6G移动网络技术的开发,预计将在2030年左右推出。

  结语:

  移动通信,快速前进迭代,淘汰一代商用一代研发一代。如果说3G突破,4G并跑,5G引领,那6G便是卓越。

  6G的到来或许是真正的无人驾驶,智能未来的开端。希望我们的2030年,“万物互联”愿景可以遍地开花。

  本文参考 中国电子报、亿欧网、EEtimes综合报道。

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