2019-06-18 09:25:41
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5G來了，6G還會遠嗎?
發(fā)于2019.6.17總第903期《中國新聞周刊》
電影《頭號玩家》中，男主角宅在家中，就能環(huán)游世界，戴著虛擬現(xiàn)實設(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……這樣的場景發(fā)生在2045年，但現(xiàn)實中，這在2030年后就有可能實現(xiàn)，也就是在第六代移動通信(6G)時代。
6月6日，工信部向中國移動等4家企業(yè)發(fā)放了5G商用牌照，標(biāo)志著中國5G商用元年開啟。商用移動通信網(wǎng)絡(luò)每10年更新一代，5G的商用同時也意味著下一代技術(shù)研發(fā)的開始。
2018年7月，國際電信聯(lián)盟成立了2030網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究組。目前，美國、中國、日本、韓國、芬蘭等國家，都已踏上6G研發(fā)賽道。今年2月，美國總統(tǒng)唐納德·特朗普連發(fā)推特稱：我想要5G，甚至6G盡快進入美國。此后不到1個月，美國開始部署6G的研究。
對各國而言，移動通信技術(shù)早已不僅是便利人們溝通的橋梁，更是國家科技競爭力乃至國家實力的體現(xiàn)。6G是什么，離我們有多遠?
6G，“6”在哪兒?
對普通用戶來說，網(wǎng)速是衡量每一代網(wǎng)絡(luò)性能的KPI。4G時代，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1Gbit/s(千兆比特每秒)，而當(dāng)6G開啟，網(wǎng)速將迎來新的飛躍。電子科技大學(xué)教授、通信抗干擾國家級重點實驗室主任李少謙在接受《中國新聞周刊》采訪時稱，從技術(shù)指標(biāo)設(shè)定來說，每一代網(wǎng)絡(luò)的速率都要比上一代提升一個數(shù)量級，“(如果)再高，就超越了技術(shù)，是達不到的”，因此，一般場景下，6G的網(wǎng)速大致會是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)實游戲等常見需求，全息技術(shù)成為業(yè)界看好的方向。國際電信聯(lián)盟也將其列入了《2030年及之后新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)展望》的白皮書中。
所謂全息技術(shù)，就是指不光能看到圖像，聽到聲音，還能實現(xiàn)觸覺、味覺等五官全方位感知的技術(shù)。舉個例子，通過全息影像，足不出戶，就可以置身千萬里之外的熱帶雨林，不僅能看到瀑布，聽到水流聲，還能感受到當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度，聞到泥土的芬芳。再如，全息遠程會議，可以觸摸到對方，全息手術(shù)，遠端醫(yī)生如同在現(xiàn)場。
這一技術(shù)對傳感器數(shù)量、數(shù)據(jù)傳輸速率有著較高要求。國際電信聯(lián)盟2030網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究組主席、華為美國總部未來網(wǎng)絡(luò)首席科學(xué)家Richard Li在一份報告中提到，如果要實現(xiàn)對一個人高清晰度全息投影，傳輸速率要達到4.62Tbit/s(太比特每秒)，相當(dāng)于5G網(wǎng)速的成百上千倍，這對6G網(wǎng)速也是個挑戰(zhàn)。
6G更大的神通還將在于建立物和物的聯(lián)接。事實上，關(guān)于5G，業(yè)內(nèi)就提出了高速率大帶寬、超可靠低時延通信、海量機器聯(lián)接三大應(yīng)用場景。5G的理論延時要從4G的50毫秒降至1毫秒。海量機器聯(lián)接則是指每平方公里接入的傳感器數(shù)量達到100萬個。
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)國家重點實驗室主任張平分析說，過去，從1G升級到4G，只強調(diào)高速率這一個維度，5G首次提出了三個目標(biāo)，但就目前而言，只有第一類場景達成了國際統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，5G商用滿足的依然也只是這一場景?！俺煽康蜁r延通信到現(xiàn)在為止國際上都沒有標(biāo)準(zhǔn)化，要等到明年3月才定”，而實際部署后，運行效果如何也尚不得而知。海量機器聯(lián)接標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)先級則更低。當(dāng)下，國內(nèi)采用的是依然4G時代速率較低的窄帶物聯(lián)網(wǎng)等作為技術(shù)實現(xiàn)手段。這意味著，6G在這三個維度上都有著進一步的改進空間。
“‘4G改變生活，5G改變社會’這句話其實并不科學(xué)”，李少謙認為，5G也有些被神化。在他看來，5G時代只是開啟了萬物互聯(lián)的大門，隨著未來需求的增長和技術(shù)的迭代，要真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)的路還有很長，這正是6G時代要做的事情。比如，要構(gòu)建完整的車聯(lián)網(wǎng)，首先要解決廣覆蓋的問題，“某個地方突然沒信號了，車就會撞到一起”。
張平稱，由于技術(shù)等限制，現(xiàn)在的5G技術(shù)只是相對獨立地針對三大應(yīng)用場景中的某一類，未來6G要同時覆蓋兩類甚至三類場景的需求。比如說，整個城市的智能交通系統(tǒng)，既要處理車與車、車與人、車與交通設(shè)施等實時的大量數(shù)據(jù)，需要大帶寬，又要保證低延時，避免發(fā)生事故。
在不少業(yè)內(nèi)人士眼中，AI和6G在未來的發(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時代將充滿AI”。他分析說，無論是幫助用戶識別場景，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，隨著AI技術(shù)與應(yīng)用場景的普及，以智能體交互為代表的新型業(yè)務(wù)場景將會在6G時代出現(xiàn)。比如說，一個圍棋高手要將知識和技能傳給徒弟，可能需要幾十年，但依靠6G，機器人和機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，實際上，到目前為止，關(guān)于6G，仍沒有明確的定義，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)界將進行討論，達成共識，制定標(biāo)準(zhǔn)。
6G，有多遠?
為達成6G的美好愿景，世界各國已競相布局。
從5G研發(fā)起，中國已處于世界移動通信行業(yè)的第一陣營，去年3月，工信部部長苗圩在接受媒體采訪時稱，中國已開始著手在研究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支持的無線智能社會和生態(tài)系統(tǒng)”列為國家研究資助計劃的旗艦項目，該項目在未來8年將獲得超過2.5億歐元的資助。今年1月和6月，韓國兩大電子巨頭LG和三星分別被報道成立了6G研發(fā)中心。今年3月，據(jù)《日本經(jīng)濟新聞》稱，早稻田大學(xué)、電子制造商NEC和德國斯圖加特大學(xué)等將聯(lián)手開發(fā)后5G時代移動通信技術(shù)。
在去年9月舉行的世界移動通信大會美洲展上，作為美國聯(lián)邦通信委員會(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”為主的實驗頻段，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，這是一塊在移動通信領(lǐng)域從未開墾過的新大陸。在1G到5G的發(fā)展征程中，有限的低頻段資源被優(yōu)先開發(fā)，移動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，也意味著波長越短，這樣一來，太赫茲波繞過障礙物的能力就很差。太赫茲波無法穿透水泥墻，而且容易被水分子吸收，雨霧天氣，樹葉、建筑物、行人等遮擋也對其有影響，這意味著太赫茲波信號衰減強度大，無法遠距離傳播，覆蓋范圍有限。
事實上，類似問題在5G時代已有所體現(xiàn)。我國的5G網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)在采用的是6GHz以下的頻段，未來還將使用毫米波段，頻率都高于4G時代所用電磁波，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)有的一些實驗研究中，太赫茲波的傳播距離多為幾十米至上百米。李少謙團隊在2012年承擔(dān)了國家科技部第一個太赫茲通信系統(tǒng)項目，最初他估計，太赫茲波的傳播距離只有5米，但實驗測得，在沒有任何遮擋的情況下，其傳輸距離能達到1公里以上。奧盧大學(xué)無線通信中心博士后何繼光稱，如果太赫茲波無法穿墻，則要考慮從室外到室內(nèi)的傳輸問題。
在北京郵電大學(xué)教授牛凱看來，未來，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，速率能達到每秒1太比特，而室外的遠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，為了達到高速率，還可以仰仗MIMO技術(shù)(多輸入多輸出技術(shù))，“這實際上就相當(dāng)于在空間維度上增加了信息傳輸通道”。他分析說，未來的網(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。
李少謙認為，太赫茲波通信未來可以用于體育賽事從攝像機到電視地面制作中心的超高清信號點對點傳輸，局域大容量傳輸，是6G可能應(yīng)用的技術(shù)，而未來太赫茲波是否最終會用于6G，是否通過建基站的方式采用，仍需進一步的探討。
另一種可能性是，在6G時代，終端和終端之間的通信不再經(jīng)過基站這個“中介”。沈嘉認為，尤其在短距離、高頻段的通信中，這樣的機制可能會成為現(xiàn)實?！爱?dāng)我們用高頻段的點對點通信把很多通信流量從基站上移到我們的手機上，那么傳統(tǒng)中低頻段的資源也能得到更好使用，就相當(dāng)于原來高速公路上都擠滿了車，如果兩個人是鄰居，就沒必要繞道上高速公路”。美國弗吉尼亞理工大學(xué)電子與計算機系教授瓦利德·薩阿德則在其論文中提到，未來的6G時代，無論是墻壁、路面，還是整個建筑，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，輻射是否會增加?這是在5G到來前，就已在人們心中泛起的疑問。
對此，李少謙解釋說，是否頻率越高，電磁波對人的輻射就越大，還缺乏足夠的證據(jù)支撐，“但有一個是肯定的，功率大不行”，衡量電磁波對人體輻射的主要指標(biāo)是功率。移動通信用的功率實際上并不大，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，全球范圍內(nèi)，移動通信目前覆蓋的陸地范圍只有30%，荒漠、戈壁、貧困地區(qū)、海洋等未來都要通過衛(wèi)星來實現(xiàn)全域覆蓋，但由于衛(wèi)星的局限，通信速率會比較低，因此，只能和地面移動通信互為補充，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程，要有不同的衛(wèi)星“接力”，而軌道受限的問題也需要考慮。
李少謙說， 6G時代的移動通信將會是天地一體化融合的態(tài)勢。同時，在幾代移動通信技術(shù)迭代的過程中，功能重疊的技術(shù)會被取代掉，3G、4G提供的是都寬帶服務(wù)，3G會消亡，“2G頻率低，覆蓋最好，提供了通信的最基礎(chǔ)服務(wù)”，會保留，因此，會存在網(wǎng)絡(luò)“多代同堂”的情況。而從目前看，5G時代還面臨著基站建設(shè)成本高、運營功耗大的問題。有數(shù)據(jù)顯示，5G基站的電費相當(dāng)于4G基站的兩到三倍，這也將是6G要面對的挑戰(zhàn)。李少謙認為，可以通過簡化結(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，但“又想馬兒跑又想馬兒不吃草”，找這個平衡點很難。
張平認為，目前最關(guān)鍵的，是花長一點時間，“想清楚6G到底是什么，能帶給我們什么。”