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項立剛:6G來了,會是什么樣子?

項立剛:6G來了,會是什么樣子?

2019年11月08日 16:56 來源:中新經緯參與互動參與互動

  中新經緯客戶端11月8日電 題:《項立剛:6G來了,會是什么樣子?》

  作者 項立剛(電信專家)

  11月3日,科技部會同發改委、工信部等組織召開6G技術研發工作啟動會。會議宣布成立國家6G技術研發推進工作組和總體專家組,標志中國6G技術研發工作正式啟動。對此,有網友感嘆:5G我還沒用上,6G都開始研發了。

  事實上,全球科研人員已經啟動了與6G相關的早期工作。2019年3月24~26日,全球第一屆“6G無線峰會”在芬蘭召開。隨后據韓國媒體報道,韓國主要移動運營商SK電信公司在6月12日和13日先后與芬蘭諾基亞公司和瑞典愛立信公司簽署了諒解備忘錄,聯手提升商用5G網絡的性能,并開發6G相關技術,以便在下一代移動通信技術領域搶占先機并探索新的商業模式。

  中國華為公司消費者業務CEO余承東近日在接受采訪時表示,6G正在研發中,估計還需要10年時間。

  2G時代,雖然也有數字通信能力,但上網是一個非常次要的功能,用戶使用數據的量也非常小。電信運營商的核心網絡、計費體系都是以語音為基礎的。

  3G從數字通信時代走向了數據通信時代。雖然語音還是非常重要,但不再是核心。數據業務成為重要業務,核心網絡和計費體系也是以數據為核心的體系。這對于通信網絡來說,是一次革命。

  不過,3G的網絡速度還是比較慢,4G則大大提升了網速,讓用戶體驗有了極大的改善。4G的基礎架構和基本能力與3G相比,算不上革命,只是一次技術演進。大量的4G業務,是在3G的基礎上漸漸做起來的,只不過隨著4G的到來,這些業務的效率得到了很大的提高。

  5G可以說是一個革命性的改變。它不僅要求速度提升,在功耗、時延上也有更多的訴求。相比4G,5G要進行整個網絡結構的調整與重建,核心網絡、管理與計費體系也會發生巨大變化,甚至計費規則也要進行調整。在5G基礎上形成的業務,不再僅限于信息的傳輸,而是由移動互聯、智能感應、大數據、智能學習等整合形成的新能力。5G革命,是技術、管理、計費、業務模式、商業模式、業務形態等諸多方面的巨大改變。

10月31日,重慶一手機售賣點銷售的5G手機。當日,中國5G正式商用,三大電信運營商公布了5G套餐。<a target='_blank' href='http://www.itlfmzi.cn/'>中新社</a>記者 陳超 攝
10月31日,重慶一手機售賣點銷售的5G手機。當日,中國5G正式商用,三大電信運營商公布了5G套餐。中新社記者 陳超 攝

  現在研究6G的人,并不知道什么是6G,因為6G標準的最后確定,是需要國際電信聯盟討論認定的。現在的研究者只是對需求、技術、能力做出分析,形成可能性。那么,在5G已經解決了高速度、泛在網、低功耗、低時延、萬物互聯、安全問題的基礎上,人類對于移動通信還有哪些需求呢?

  移動通信發展到今天,最大的瓶頸是需要頻譜。頻譜是有限的,雖然理論上我們有大量的頻譜可以使用,但是高品質的頻譜并不多。要實現大數據量的信息傳播,就需要使用高波段的頻譜。衛星使用Ka波段的頻譜,帶寬是寬了,但是抗干擾是一個大問題。

  有沒有可能超越頻譜進行移動通信?量子通信就是一個可能性,即通過量子糾纏技術進行信息的傳遞。目前人類還沒有實現真正的量子信息傳遞,它的能力主要還是加密,但如果使用量子糾纏進行信息傳播,就能讓人類在移動通信領域跳過頻譜的限制,實現突破。

  另一方面,人類并非通過神經系統直接獲取信息,而是通過眼、耳、鼻、舌這些器官,對信息進行感知、收集,再傳輸到神經系統,進行信息存儲和處理。這不但效率較低,還會有很多信息丟失,或是出現信息的扭曲和變化。

  同時,人類的信息存儲主要通過腦細胞進行,它的穩定性也比較差,到了一定的年齡就不再生長,而且還會自然老化和死亡。讓信息傳輸更直接,讓信息存儲更穩定,是人類未來必須要面對的一個選題。打通人的神經系統,用芯片來進行存儲,用芯片來實現人腦信息溝通,是人類發展的重要一步。這個領域要實現真正意義上的突破,是一個漫長的過程,但一定是6G努力的方向。

  目前,移動通信網絡和衛星網絡是兩個獨立的網絡,各自運營,不能相互融合補充。6G時代,可能出現天地一體化的趨勢,一個網絡不僅可以通過地面基站進行陸地覆蓋,還可以通過低軌道衛星和高軌道衛星進行共同組網,在地面上通過眾多的直放站、小基站進行深度覆蓋。這種網絡的融合可以兼顧面與點,衛星保證了地球的任何一個角落都可能有網絡存在。

  同時,在人口密集地區,或當前網絡不夠密集的地區,甚至地面以下,如地鐵、隧道、停車場、礦山等信號較差的特殊場所,也能進行深度覆蓋。

  過去,水下網絡覆蓋根本沒有被考慮,6G時代可進行規劃并取得突破,讓水下通信成為整個網絡覆蓋體系的一部分。比如,在近海、江河、湖泊中,水體品質、水下生物、水下養殖產品、水體溫度變化、水中營養物含量、污染物含量、水下堤壩位移度等諸多領域都需要監測。水下監測如果有網絡覆蓋,將在很大程度上提升監控和管理能力。

  6G還可以在采集海洋數據,監測環境污染、氣候變化、海底異常、地震或火山活動,探查海底目標,水下遠距離圖像傳輸,甚至軍事領域,發揮至關重要的作用。

  具體來說,水下無線通信可以采用水下電磁波通信、水聲通信和水下量子通信等多種技術。頻率高于10kHz,能夠輻射到空間的交流變化的高頻電磁波射頻(Radiofrequency,簡稱RF),在水下無線通信中會有較大機會。

  通過技術能力的提升,達到100kbps以上的數據高速傳輸成為可能,還可以抵抗噪聲的影響,實現相對較低的時延和低功耗,并有較高的安全性。射頻通信有可能成為水下無線通信的重要選擇。此外,水下激光通信和水下中微子通信也將成為廣受關注的技術。

  6G的重要一步,就是通過衛星、地面站、小基站、水下基站等技術和方式,把天空、地面、地下、水中聯成一個整體,讓網絡真正地泛在。這些能力對通信業來說,目前還有不小的挑戰。這些網絡要想聯成一個整體,形成新的商業模式,還有許多需要改進和完善的地方。

  為了實現更大的帶寬,必須把更多的頻譜用于移動通信。在5G時代,800/900MHz被用于物聯網IoT頻段,3.4~3.6GHz、20~60GHz的頻譜都被考慮用作5G,從而大大增加了可使用的頻譜,提升了網絡容量和帶寬。

  6G網絡需要更大的帶寬。5G的峰值速度是20Gbps,而6G的峰值速度會達到100Gbps;5G的單信道帶寬為100MHz,通過多個1GHz的帶寬進行組合,最后可以實現100Gbps的速度,而6G的單信道帶寬會達到1GHz。要實現1GHz的單信道帶寬,較低頻段的頻譜顯然不足以支撐,這就必須把更多的頻譜拿出來用作移動通信。

  5G已經開始采用毫米波,可以預計,6G時代,太赫茲將進入人們的視野。太赫茲波的波長在3~1000μm,頻率為0.1~10THz,是介于微波與紅外線之間的電磁波。太赫茲波介于無線電波和光學波之間,這在一定程度上賦予了它和其他電磁波不同的特性。它兼具微波通信和光波通信的優點,擁有傳輸速率高、容量大、方向性強、安全性高及穿透性強等特征。

  頻率越高,通信容量就越大,這是通信領域的基本原理。太赫茲波的頻率比目前使用的微波要高1~4個數量級,它能提供10Gbits/s以上的無線傳輸速率,這是微波無法達到的高度,它對解決信息傳輸受制于帶寬的問題有較大的好處。

  但太赫茲用來做遠距離傳輸,很難有好的效果。今天的通信網,基本上是由光網絡構建而成的骨干傳輸網絡。用基站來延伸光網絡形成移動網絡,用戶可以在不同的基站之間進行隨意切換,做到隨時隨地從不掉線,又能保持高速度。

  未來的移動通信網絡,是大范圍的蜂窩網絡,需要進行遠距離、大范圍覆蓋,蜂窩會越來越小。未來的網絡會是在一個龐大的光網絡下,通過以家庭為主要單位的眾多小基站,形成一個超高密度、超高速度、密集部署的網絡體系。在這個體系中,太赫茲技術能利用高速率、大容量和高穿透性,實現在家庭和辦公環境的全面部署。

  此外,電磁波頻段越高,繞射、穿透能力越差。毫米波很難有穿透能力,因此在人口密集的城市里,無論是辦公還是家庭部署,都存在較大問題。而太赫茲波因為接近光波,擁有較好的穿透性。同時它不需要和其他行業爭搶頻譜,故而可以實現大帶寬。

  傳統的通信網絡只承載語音一種業務,電信運營商的管理也是非常簡單。但是到了5G時代,網絡變得更加復雜。如果我們修建多個通信網絡,也就是建立多個管道體系,一方面會大大增加社會成本,另一方面社會資源也是不夠的。舉個簡單的例子,城市有電力、電信、污水等多個系統,都需要管道,如果每個系統都自己建一套管道,不但成本高,而且管理起來非常困難,這就需要用一套管道共享資源。

  隨著5G的發展,通信遠不只是人類進行語音傳輸的網絡,也不只是可以提供上網業務的網絡。在5G網絡上,還會承載大量的物聯網業務、城市管理業務、智能交通業務、智慧家庭業務……這些業務可由一個網絡共同承載,而且不同業務的安全性、優先級、資源分配都是不同的。

  這樣的網絡,必須建立起強大的智能化管理模式,對不同的業務和用戶進行智能化管理。因此,需要在網絡中融入AI技術,對不同的用戶、用戶行為和終端進行識別,并在此基礎上進行資源分配和資費管理。

  一個值得探討的問題是,未來6G的網絡建設,是一個復雜的體系,對資源的要求極高,那么是否需要在一個國家建立幾張網絡呢?如果真是這樣,一方面資源非常有限,另一方面網絡之間的互相干擾也是很大的問題。與此同時,當網絡深入到世界的每一個角落,一個地方若有三套或更多的網絡覆蓋,不僅是浪費,網絡的品質也會受到很大影響。

  基于此,6G時代可以探索在一個國家只建設一張全覆蓋的網絡。這樣既可以充分利用資源,減少一個地方配置幾套設備的浪費行為,還可大大減少站址租用的成本,也避免了網絡之間的干擾。而且這樣的網絡品質更高,對用戶的影響也會更小。

  當然,也不可能把多個運營商變成一個運營商,導致完全沒有競爭。這就需要網絡和業務進行分離,在一個網絡上,多家運營商利用相同網絡提供各自的業務。電信運營商的競爭力,主要體現在管理、平臺、研發、運營、服務和支撐等方面。各自的特點不同,提供的服務水平有差異,用戶就能有不同的選擇。

  電信運營商使用網絡的不同資源,可以向網絡建設者支付費用。電信運營商可以在網絡上建立自己的業務管理平臺、計費平臺、收費平臺、業務支撐平臺和客戶服務平臺,然后向個人用戶、企業用戶、機構用戶提供不同的產品和服務。用戶可用一個ID進行身份識別,同時使用多種不同的業務,而不必每一個業務注冊一個ID。即一個ID,多種業務,一筆費用。(中新經緯APP)

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【編輯:于曉】
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