2019-06-18 09:25:41
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5G來(lái)了，6G還會(huì)遠(yuǎn)嗎?
發(fā)于2019.6.17總第903期《中國(guó)新聞周刊》
電影《頭號(hào)玩家》中，男主角宅在家中，就能環(huán)游世界，戴著虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，就能和小伙伴一起聯(lián)合作戰(zhàn)，在游戲中獲得身臨其境的極致沉浸式體驗(yàn)……這樣的場(chǎng)景發(fā)生在2045年，但現(xiàn)實(shí)中，這在2030年后就有可能實(shí)現(xiàn)，也就是在第六代移動(dòng)通信(6G)時(shí)代。
6月6日，工信部向中國(guó)移動(dòng)等4家企業(yè)發(fā)放了5G商用牌照，標(biāo)志著中國(guó)5G商用元年開(kāi)啟。商用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)每10年更新一代，5G的商用同時(shí)也意味著下一代技術(shù)研發(fā)的開(kāi)始。
2018年7月，國(guó)際電信聯(lián)盟成立了2030網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究組。目前，美國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)、芬蘭等國(guó)家，都已踏上6G研發(fā)賽道。今年2月，美國(guó)總統(tǒng)唐納德·特朗普連發(fā)推特稱：我想要5G，甚至6G盡快進(jìn)入美國(guó)。此后不到1個(gè)月，美國(guó)開(kāi)始部署6G的研究。
對(duì)各國(guó)而言，移動(dòng)通信技術(shù)早已不僅是便利人們溝通的橋梁，更是國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)力乃至國(guó)家實(shí)力的體現(xiàn)。6G是什么，離我們有多遠(yuǎn)?
6G，“6”在哪兒?
對(duì)普通用戶來(lái)說(shuō)，網(wǎng)速是衡量每一代網(wǎng)絡(luò)性能的KPI。4G時(shí)代，每秒數(shù)據(jù)的傳輸量為幾十兆比特，到了5G，數(shù)據(jù)傳輸速率將提高10倍以上，最高可達(dá)1Gbit/s(千兆比特每秒)，而當(dāng)6G開(kāi)啟，網(wǎng)速將迎來(lái)新的飛躍。電子科技大學(xué)教授、通信抗干擾國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李少謙在接受《中國(guó)新聞周刊》采訪時(shí)稱，從技術(shù)指標(biāo)設(shè)定來(lái)說(shuō)，每一代網(wǎng)絡(luò)的速率都要比上一代提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，“(如果)再高，就超越了技術(shù)，是達(dá)不到的”，因此，一般場(chǎng)景下，6G的網(wǎng)速大致會(huì)是5G網(wǎng)速的10倍。
大帶寬、高速率能做什么?除了滿足超高清網(wǎng)絡(luò)電視、虛擬現(xiàn)實(shí)游戲等常見(jiàn)需求，全息技術(shù)成為業(yè)界看好的方向。國(guó)際電信聯(lián)盟也將其列入了《2030年及之后新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)展望》的白皮書(shū)中。
所謂全息技術(shù)，就是指不光能看到圖像，聽(tīng)到聲音，還能實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)、味覺(jué)等五官全方位感知的技術(shù)。舉個(gè)例子，通過(guò)全息影像，足不出戶，就可以置身千萬(wàn)里之外的熱帶雨林，不僅能看到瀑布，聽(tīng)到水流聲，還能感受到當(dāng)?shù)氐臏囟取穸龋劦侥嗤恋姆曳肌Ｔ偃纾⑦h(yuǎn)程會(huì)議，可以觸摸到對(duì)方，全息手術(shù)，遠(yuǎn)端醫(yī)生如同在現(xiàn)場(chǎng)。
這一技術(shù)對(duì)傳感器數(shù)量、數(shù)據(jù)傳輸速率有著較高要求。國(guó)際電信聯(lián)盟2030網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究組主席、華為美國(guó)總部未來(lái)網(wǎng)絡(luò)首席科學(xué)家Richard Li在一份報(bào)告中提到，如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)人高清晰度全息投影，傳輸速率要達(dá)到4.62Tbit/s(太比特每秒)，相當(dāng)于5G網(wǎng)速的成百上千倍，這對(duì)6G網(wǎng)速也是個(gè)挑戰(zhàn)。
6G更大的神通還將在于建立物和物的聯(lián)接。事實(shí)上，關(guān)于5G，業(yè)內(nèi)就提出了高速率大帶寬、超可靠低時(shí)延通信、海量機(jī)器聯(lián)接三大應(yīng)用場(chǎng)景。5G的理論延時(shí)要從4G的50毫秒降至1毫秒。海量機(jī)器聯(lián)接則是指每平方公里接入的傳感器數(shù)量達(dá)到100萬(wàn)個(gè)。
北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院教授、網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張平分析說(shuō)，過(guò)去，從1G升級(jí)到4G，只強(qiáng)調(diào)高速率這一個(gè)維度，5G首次提出了三個(gè)目標(biāo)，但就目前而言，只有第一類場(chǎng)景達(dá)成了國(guó)際統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，5G商用滿足的依然也只是這一場(chǎng)景。“超可靠低時(shí)延通信到現(xiàn)在為止國(guó)際上都沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化，要等到明年3月才定”，而實(shí)際部署后，運(yùn)行效果如何也尚不得而知。海量機(jī)器聯(lián)接標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)先級(jí)則更低。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)采用的是依然4G時(shí)代速率較低的窄帶物聯(lián)網(wǎng)等作為技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段。這意味著，6G在這三個(gè)維度上都有著進(jìn)一步的改進(jìn)空間。
“‘4G改變生活，5G改變社會(huì)’這句話其實(shí)并不科學(xué)”，李少謙認(rèn)為，5G也有些被神化。在他看來(lái)，5G時(shí)代只是開(kāi)啟了萬(wàn)物互聯(lián)的大門(mén)，隨著未來(lái)需求的增長(zhǎng)和技術(shù)的迭代，要真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的路還有很長(zhǎng)，這正是6G時(shí)代要做的事情。比如，要構(gòu)建完整的車(chē)聯(lián)網(wǎng)，首先要解決廣覆蓋的問(wèn)題，“某個(gè)地方突然沒(méi)信號(hào)了，車(chē)就會(huì)撞到一起”。
張平稱，由于技術(shù)等限制，現(xiàn)在的5G技術(shù)只是相對(duì)獨(dú)立地針對(duì)三大應(yīng)用場(chǎng)景中的某一類，未來(lái)6G要同時(shí)覆蓋兩類甚至三類場(chǎng)景的需求。比如說(shuō)，整個(gè)城市的智能交通系統(tǒng)，既要處理車(chē)與車(chē)、車(chē)與人、車(chē)與交通設(shè)施等實(shí)時(shí)的大量數(shù)據(jù)，需要大帶寬，又要保證低延時(shí)，避免發(fā)生事故。
在不少業(yè)內(nèi)人士眼中，AI和6G在未來(lái)的發(fā)展中將相輔相成，融為一體。清華大學(xué)電子工程系教授牛志升稱，“6G時(shí)代將充滿AI”。他分析說(shuō)，無(wú)論是幫助用戶識(shí)別場(chǎng)景，還是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源配置，AI都將發(fā)揮重要的作用。OPPO研究院標(biāo)準(zhǔn)研究中心5G資深研究員沈嘉說(shuō)，隨著AI技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景的普及，以智能體交互為代表的新型業(yè)務(wù)場(chǎng)景將會(huì)在6G時(shí)代出現(xiàn)。比如說(shuō)，一個(gè)圍棋高手要將知識(shí)和技能傳給徒弟，可能需要幾十年，但依靠6G，機(jī)器人和機(jī)器人之間能夠快速相互學(xué)習(xí)，幾秒鐘就能將智慧傾囊相授。
李少謙說(shuō)，實(shí)際上，到目前為止，關(guān)于6G，仍沒(méi)有明確的定義，到2023年前，世界范圍內(nèi)都將處于提出愿景、分析需求、研究潛在可用技術(shù)的階段，之后，學(xué)界、業(yè)界將進(jìn)行討論，達(dá)成共識(shí)，制定標(biāo)準(zhǔn)。
6G，有多遠(yuǎn)?
為達(dá)成6G的美好愿景，世界各國(guó)已競(jìng)相布局。
從5G研發(fā)起，中國(guó)已處于世界移動(dòng)通信行業(yè)的第一陣營(yíng)，去年3月，工信部部長(zhǎng)苗圩在接受媒體采訪時(shí)稱，中國(guó)已開(kāi)始著手在研究6G的發(fā)展。去年4月，芬蘭科學(xué)院將芬蘭奧盧大學(xué)主導(dǎo)的“6G支持的無(wú)線智能社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)”列為國(guó)家研究資助計(jì)劃的旗艦項(xiàng)目，該項(xiàng)目在未來(lái)8年將獲得超過(guò)2.5億歐元的資助。今年1月和6月，韓國(guó)兩大電子巨頭LG和三星分別被報(bào)道成立了6G研發(fā)中心。今年3月，據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》稱，早稻田大學(xué)、電子制造商N(yùn)EC和德國(guó)斯圖加特大學(xué)等將聯(lián)手開(kāi)發(fā)后5G時(shí)代移動(dòng)通信技術(shù)。
在去年9月舉行的世界移動(dòng)通信大會(huì)美洲展上，作為美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)首位談及6G技術(shù)的專員，杰西卡·羅森沃瑟提到了太赫茲波、區(qū)塊鏈等技術(shù)。今年3月，在特朗普連發(fā)推文后不久，F(xiàn)CC宣布開(kāi)放頻率范圍為95GHz(千兆赫茲)至3THz(太赫茲)、以“太赫茲波”為主的實(shí)驗(yàn)頻段，給研發(fā)者提供10年的使用期限。
太赫茲波頻率為100GHz到10THz，波長(zhǎng)介于毫米波和紅外線之間，屬于高頻率電磁波，被視為6G潛在可用的關(guān)鍵技術(shù)之一，用李少謙的話講，這是一塊在移動(dòng)通信領(lǐng)域從未開(kāi)墾過(guò)的新大陸。在1G到5G的發(fā)展征程中，有限的低頻段資源被優(yōu)先開(kāi)發(fā)，移動(dòng)通信的所用頻段不斷走高，而依據(jù)電磁波特性，頻率越高，可用的帶寬越大，這也正是太赫茲波被業(yè)界看好的原因。
但如同硬幣兩面，太赫茲波也有著致命缺陷，電磁波頻率越高，也意味著波長(zhǎng)越短，這樣一來(lái)，太赫茲波繞過(guò)障礙物的能力就很差。太赫茲波無(wú)法穿透水泥墻，而且容易被水分子吸收，雨霧天氣，樹(shù)葉、建筑物、行人等遮擋也對(duì)其有影響，這意味著太赫茲波信號(hào)衰減強(qiáng)度大，無(wú)法遠(yuǎn)距離傳播，覆蓋范圍有限。
事實(shí)上，類似問(wèn)題在5G時(shí)代已有所體現(xiàn)。我國(guó)的5G網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)在采用的是6GHz以下的頻段，未來(lái)還將使用毫米波段，頻率都高于4G時(shí)代所用電磁波，而毫米波和太赫茲波有著類似的短板。這將造成因電磁波傳播距離短，基站建設(shè)數(shù)量大且密集的境況。
現(xiàn)有的一些實(shí)驗(yàn)研究中，太赫茲波的傳播距離多為幾十米至上百米。李少謙團(tuán)隊(duì)在2012年承擔(dān)了國(guó)家科技部第一個(gè)太赫茲通信系統(tǒng)項(xiàng)目，最初他估計(jì)，太赫茲波的傳播距離只有5米，但實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在沒(méi)有任何遮擋的情況下，其傳輸距離能達(dá)到1公里以上。奧盧大學(xué)無(wú)線通信中心博士后何繼光稱，如果太赫茲波無(wú)法穿墻，則要考慮從室外到室內(nèi)的傳輸問(wèn)題。
在北京郵電大學(xué)教授牛凱看來(lái)，未來(lái)，太赫茲波更大的適用范圍可能是室內(nèi)的近距離、高速率傳輸，速率能達(dá)到每秒1太比特，而室外的遠(yuǎn)距離傳輸乃至廣覆蓋，仍需依靠低頻段，“3G退網(wǎng)后，可以用這些頻率，也可以在6GHz以下的頻段中做一些規(guī)劃”。同時(shí)，為了達(dá)到高速率，還可以仰仗MIMO技術(shù)(多輸入多輸出技術(shù))，“這實(shí)際上就相當(dāng)于在空間維度上增加了信息傳輸通道”。他分析說(shuō)，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋一定是多頻段組合。OPPO研究院標(biāo)準(zhǔn)研究中心總監(jiān)、5G首席科學(xué)家唐海稱，今后基站是否越建越密，主要還取決于能否有高質(zhì)量的低頻頻段可以騰出使用。
李少謙認(rèn)為，太赫茲波通信未來(lái)可以用于體育賽事從攝像機(jī)到電視地面制作中心的超高清信號(hào)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，局域大容量傳輸，是6G可能應(yīng)用的技術(shù)，而未來(lái)太赫茲波是否最終會(huì)用于6G，是否通過(guò)建基站的方式采用，仍需進(jìn)一步的探討。
另一種可能性是，在6G時(shí)代，終端和終端之間的通信不再經(jīng)過(guò)基站這個(gè)“中介”。沈嘉認(rèn)為，尤其在短距離、高頻段的通信中，這樣的機(jī)制可能會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。“當(dāng)我們用高頻段的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信把很多通信流量從基站上移到我們的手機(jī)上，那么傳統(tǒng)中低頻段的資源也能得到更好使用，就相當(dāng)于原來(lái)高速公路上都擠滿了車(chē)，如果兩個(gè)人是鄰居，就沒(méi)必要繞道上高速公路”。美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)系教授瓦利德·薩阿德則在其論文中提到，未來(lái)的6G時(shí)代，無(wú)論是墻壁、路面，還是整個(gè)建筑，都可以采用一種智能材料，表面裝配天線，充當(dāng)基站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)近距離的收發(fā)。
基站密了，電磁波頻率高了，輻射是否會(huì)增加?這是在5G到來(lái)前，就已在人們心中泛起的疑問(wèn)。
對(duì)此，李少謙解釋說(shuō)，是否頻率越高，電磁波對(duì)人的輻射就越大，還缺乏足夠的證據(jù)支撐，“但有一個(gè)是肯定的，功率大不行”，衡量電磁波對(duì)人體輻射的主要指標(biāo)是功率。移動(dòng)通信用的功率實(shí)際上并不大，此外，由于5G基站的覆蓋范圍更小，其發(fā)射功率也可以進(jìn)一步降低。
保證廣覆蓋的另一種方式是衛(wèi)星通訊。5月23日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司(SpaceX)就發(fā)射了其衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目“星鏈”的首批60顆近地衛(wèi)星。從2019年到2024年，SpaceX共將搭建由約1.2萬(wàn)顆衛(wèi)星組成的“星鏈”網(wǎng)絡(luò)，從太空向地面提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，這也被不少自媒體解讀為美國(guó)的6G戰(zhàn)略。而亞馬遜、軟銀注資的衛(wèi)星初創(chuàng)公司OneWeb等也都有著構(gòu)建太空互聯(lián)網(wǎng)的宏圖。
李少謙分析說(shuō)，全球范圍內(nèi)，移動(dòng)通信目前覆蓋的陸地范圍只有30%，荒漠、戈壁、貧困地區(qū)、海洋等未來(lái)都要通過(guò)衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)全域覆蓋，但由于衛(wèi)星的局限，通信速率會(huì)比較低，因此，只能和地面移動(dòng)通信互為補(bǔ)充，起不到替代的作用。牛志升稱，由于近地衛(wèi)星與地球自傳不同步，意味著完成一次通信過(guò)程，要有不同的衛(wèi)星“接力”，而軌道受限的問(wèn)題也需要考慮。
李少謙說(shuō)， 6G時(shí)代的移動(dòng)通信將會(huì)是天地一體化融合的態(tài)勢(shì)。同時(shí)，在幾代移動(dòng)通信技術(shù)迭代的過(guò)程中，功能重疊的技術(shù)會(huì)被取代掉，3G、4G提供的是都寬帶服務(wù)，3G會(huì)消亡，“2G頻率低，覆蓋最好，提供了通信的最基礎(chǔ)服務(wù)”，會(huì)保留，因此，會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)“多代同堂”的情況。而從目前看，5G時(shí)代還面臨著基站建設(shè)成本高、運(yùn)營(yíng)功耗大的問(wèn)題。有數(shù)據(jù)顯示，5G基站的電費(fèi)相當(dāng)于4G基站的兩到三倍，這也將是6G要面對(duì)的挑戰(zhàn)。李少謙認(rèn)為，可以通過(guò)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、加大元器件集成度、將不必要設(shè)備去掉等方式，把功耗降下來(lái)，但“又想馬兒跑又想馬兒不吃草”，找這個(gè)平衡點(diǎn)很難。
張平認(rèn)為，目前最關(guān)鍵的，是花長(zhǎng)一點(diǎn)時(shí)間，“想清楚6G到底是什么，能帶給我們什么。”