闕燁煜

6G可能是第一代機器通信比人際通信更重要的時代。

6G預計將于2030年開始普及，而5G的持續(xù)進步將縮小蜂窩技術與6G的差距，使得6G初期部署更接近一次技術升級。但這只是起點，后續(xù)6G將展現(xiàn)更大潛力：連接更多設備、實現(xiàn)顯著更高的數(shù)據(jù)速率，并支持當前技術無法滿足的、對消費者有吸引力的新服務。

不過，6G的諸多細節(jié)仍待解決，包括各國頻譜分配、不同應用的最佳頻率，以及對舊技術的支持程度等。在6G正式亮相前的五年里，升級工作將逐步推進。

這其中就包括AT&T的5G+，其預計將提升5G性能并增加單個基站可處理的設備數(shù)量。西門子數(shù)字工業(yè)軟件解決方案網(wǎng)絡專家RonSquiers提到：“3GPPRelease17在ProSe（近距離服務）和側鏈通信的定義中，更廣泛地加入了點對點通信，這對V2X（車對萬物）等技術至關重要。我認為，隨著5G的首次實例化，X并未真正廣泛部署，而這些技術將發(fā)揮更大作用，尤其在與智慧城市互動時，如V2X、V2行人、V2基礎設施等方面?！?/p>

還有5GAdvanced（或稱5.5G）。Ansys5G/6G項目總監(jiān)ShawnCarpenter表示：“這是我們目前推進和設計的中間技術步驟，能讓我們獲得額外頻譜和3GPP原計劃提供的功能——此前因兼容性問題，這些功能未被大規(guī)模融入網(wǎng)絡。這將緩解消費者對被迫進入新的技術節(jié)點、不得不為新手機付費的擔憂。我們需要巧妙保留傳統(tǒng)設備，繼續(xù)進行兼容性設計。世界多數(shù)國家已進入5G時代，向6G轉型時將面臨類似問題。在該領域成功的關鍵，是能將6G突破性技術融入仍能讓五年前手機用戶享受良好服務的形式中，這種兼容性將持續(xù)給服務推出方帶來壓力?！?/p>

從這一角度看，6G將在近乎實時的數(shù)據(jù)傳輸中提供更高可靠性和超低延遲，為新一代垂直應用（尤其是工業(yè)4.0）奠定基礎。相比之下，5G的目標是提升數(shù)據(jù)吞吐量和帶寬，包括通過“網(wǎng)絡切片”或專用網(wǎng)絡（由公共運營商或私有服務提供商運營），在單一物理網(wǎng)絡中同時支持車載關鍵交通信息和視頻流等不同需求。

英飛凌指出，最終5G將通過移動無線電，借助物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)萬物互聯(lián)與自動化。5GAdvanced節(jié)點將包含C波段和中波段的多用戶大規(guī)模MIMO。因此，當6G真正落地時，它將實現(xiàn)5G未兌現(xiàn)的承諾，以及更復雜的邊緣AI。

西門子的Squiers認為：“機器對機器的通信模式將成為主流，機器人、基礎設施、智能城市以及舊金山周邊的Waymo出租車等，都將發(fā)揮邊緣計算的作用?！?/p>

事實上，6G可能是第一代機器通信比人際通信更重要的時代。普渡大學校長、近期獲IEEE創(chuàng)始人獎章的MungChiang表示：“機器間的邊緣計算將真正普及、可擴展，并廣泛應用于多個垂直領域。應用層面的挑戰(zhàn)在于，如何思考人機交互和使用需求之外的不同應用領域?！?/p>

頻譜和頻率挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)上，每代新移動技術的開發(fā)與推出約需10年，但周期正不斷壓縮。如今，從國際移動通信（IMT）目標設定到全面實現(xiàn)約需五年。

需解決的技術問題之一是各區(qū)域的頻譜分配。Squiers稱：“頻譜是復雜問題，涉及如何改革6GHz以下頻段以支持未來5G和6G。美國國家電信和信息管理局（NTIA）與聯(lián)邦通信委員會（FCC）負責美國頻譜使用管理，但這一切需通過與世界無線電大會（WRC）等國際組織的條約談判確定，而通過IMT2030，這些談判正在推進。例如，WRC已同意2027年為6G分配7至8.5GHz頻段，但該頻段仍在變化中?！?/p>

亞太赫茲和太赫茲頻段（涵蓋100GHz至10THz）對6G及更高級別發(fā)展至關重要。Cadence指出：“這些頻率將補充6GHz以下、中頻段和毫米波等較低頻段頻譜。6G太赫茲通信提供可觀帶寬，能有效應對無線網(wǎng)絡當前面臨的頻譜稀缺挑戰(zhàn)，為每秒太比特（Tbps）的無線連接開辟可能?！?/p>

Ansys的Carpenter認為：“大概在2030年到2035年，我們才會開始看到6G設備的真正推出，尤其是6G將帶來更多頻譜。WRC和FCC正在探索額外替代頻段，包括中高頻段。這給軍方帶來一些問題，他們需騰出部分頻譜用于商業(yè)用途。”

6G的推出復雜度尚不明確。弗勞恩霍夫IIS/EAS高效電子部門負責人AndyHeinig表示：“如果6G更節(jié)能，它將取代5G，但目前尚不明確。目前，每個新標準都需要更多能源，從這一角度看，繼續(xù)使用舊標準有意義。在歐洲，由于其他標準所需頻段，非常老舊的標準會被關閉并取代。我預計，若繼續(xù)使用5G，6G的IP成本初期可能更高，這是最終客戶或技術提供商需承擔的費用?！?/p>

要發(fā)揮6G的真正潛力，需支持毫米波技術的更高頻率。Heinig說：“這可能是不同技術的混合搭配。若要達到28、34、38GHz，需采用更具體技術，成本也會更高；另一方面，需要更多數(shù)字處理或數(shù)據(jù)處理能力。若真想使用新頻段，需更多類型芯片滿足頻率要求。我不確定不使用新頻段能否合理發(fā)展6G，但確實需要這種新芯片技術，或更多芯片技術支持?！?/p>

從芯片設計角度，即將推出的頻段眾多（28GHz、38GHz、40GHz甚至60GHz），支持所有頻段是挑戰(zhàn)。Heinig稱：“最終可能只選擇一兩個頻段。至60GHz），支持所有頻段是挑戰(zhàn)。Heinig稱：“最終可能只選擇一兩個頻段。全球互操作性也可能存在問題，不同國家使用不同頻段，因此需要高度靈活性。由于需高度集成系統(tǒng)，我們肯定會遇到多物理場問題。”

人們曾希望毫米波頻段的超寬帶在28和39GHz良好運行，但情況可能改變。Carpenter說：“我們現(xiàn)在看到AT&T、Verizon和T-Mobile等運營商在這些頻段的頻譜許可證到期。幾年前他們花費數(shù)十億美元獲得該頻譜使用權，如今卻不再保留，因為安裝和開發(fā)毫米波設備成本太高，且覆蓋距離大幅縮短——頻率提高10倍，覆蓋范圍、有效半徑和帶寬都會縮小10倍。要解決這一問題，必須提高密度，在更多基站安裝更多接入點，成本極高。此外，毫米波頻段產(chǎn)生射頻能量時會產(chǎn)生更多熱量，因射頻和毫米波對電子設備要求更高，會浪費更多能源和熱量。因此，超寬帶可能用于更集中的應用，如體育場、火車站和地鐵站——這些地方人流密集，天線系統(tǒng)在視線范圍內，能確保環(huán)境中不會有大量回聲、多徑干擾接收器和自干擾。這類技術仍有用武之地，但許可證、需求和用例將集中在這些高密度、人口密集的開放空間區(qū)域?！?/p>

還需確定最新Wi-Fi協(xié)議的頻譜。Synaptics低功耗邊緣AI高級產(chǎn)品經(jīng)理AnandaRoy表示：“Wi-Fi7開放了6.0頻譜，該頻譜在全球多個地區(qū)正接受監(jiān)管審查，但已獲美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）批準。歐洲邁出一大步，開放了部分6GHz頻譜用于Wi-Fi運營；亞洲一些國家（如印度和日本）也開放了6GHz頻譜，中國尚未開放。未來Wi-Fi將在2.4GHz、5GHz運行，也將在2.45GHz和6GHz運行。這使更多設備能接入Wi-Fi網(wǎng)絡，支持更密集應用。比如在酒店或多戶住宅等房屋相鄰區(qū)域，可讓多個Wi-Fi設備在近距離共存。這將從Wi-Fi4和Wi-Fi5的幾臺設備，轉變?yōu)閃i-Fi6的二三十臺設備，如今甚至可讓數(shù)百臺設備在近距離運行——這就是6GHz的作用。”

技術采用

新技術的采用速度差異很大，5G就是明顯例子，其在不同國家和社會領域的普及差異巨大，6G的差異可能更大。

西門子的Squiers說：“如果你生活在中國，憑借自上而下的政府和行業(yè)合作，幾乎可以一夜之間建成智慧城市。說到全面實現(xiàn)5G潛力，我認為中國正在逐步實現(xiàn)其目標。在美國，5G潛力尚未完全實現(xiàn)，移動寬帶和遠程醫(yī)療等超可靠通信領域的部分功能已實現(xiàn)。5G兌現(xiàn)潛力的最佳案例或許是工廠中的機器對機器通信——我們在將5G（尤其是5G專網(wǎng)）融入工廠環(huán)境，用于自動導引車和與工廠機器人通信方面做得很好。鑒于美國目前形勢，這只會加速推進，我們將在短期內看到更多此類應用?！?/p>

普及速度緩慢的原因有很多。首先，在一些高度工業(yè)化國家，電信選擇更多。Squiers補充：“此外，監(jiān)管環(huán)境使運營商難以隨意架設天線，需要經(jīng)過一系列流程，包括獲取土地、安裝基站及擴建以支持新天線——這些新天線對5G所需新頻譜至關重要。許多基站像圣誕樹一樣，在現(xiàn)有基站上懸掛了更多天線。此外，就辦公空間而言，小型基站部署速度不如預期，工業(yè)企業(yè)中Wi-Fi部署仍占主導。5G應在某些區(qū)域（尤其是高層建筑）開始取代Wi-Fi，但這需要時間?！?/p>

Ansys的Carpenter認同基礎設施是問題之一?！?G系統(tǒng)是完整系統(tǒng)，涵蓋數(shù)據(jù)傳輸、天線系統(tǒng)、相關技術，還包括服務提供商的計費機制等。尤其在北美，我們面臨蜂窩網(wǎng)絡革命興起時的基礎設施問題——當時已部署銅線基礎設施，全身心投入蜂窩網(wǎng)絡不劃算，因為家家戶戶仍有電話。但在缺乏此類基礎設施的新興地區(qū)，情況不同，他們無需鋪設銅線，可直接采用無線技術。這正是北美存在的問題：我們在4G甚至早期5G通信中投入不少，但北美（或許還有歐洲）的運營商重點是增加5G服務，同時確保不疏遠使用3G、4G和4GLTE服務的用戶。而其他一些地區(qū)的文化或新興地區(qū)，未在3G和4G技術上投入太多，也無需被迫確保與舊設備的兼容性?！?/p>

Carpenter解釋，迄今為止3G、4G和5G的混合部署，必須與部分運營商的5G獨立組網(wǎng)（5GSA）服務分離?！耙恍┛蛻舴仗峁┥滩坏貌徊鸪⒏鼡Q投入巨額資金的傳統(tǒng)設備，安裝完整的5G獨立組網(wǎng)設備，以實現(xiàn)當前3GPP對5G定義的所有強大功能。”

T-Mobile是全力投入5G的公司。Carpenter指出：“T-Mobile選擇不糾結兼容性問題，真正聚焦5G功能并大力推進。如今，其用戶享受到的服務獲得很高滿意度，帶寬良好，全國網(wǎng)絡覆蓋相當不錯——這并非易事，他們必須下定決心、全力推進并安裝設備，不必過多擔心向后兼容性，如今正在收獲成果，其他一些運營商也在努力追趕。”

總體而言，更快部署可推動美國技術普及率提升。普渡大學的蔣教授說：“很多應用是反復試驗的過程，沒人能完全準確預測人們或機器將如何使用它。你只需部署、調整，并從已部署技術中學習，就像上世紀90年代初中期——當時路由器和DSL寬帶普及，支持了各種應用程序，幾年后雅虎、亞馬遜和谷歌相繼出現(xiàn)，人們開始學習在應用層提供價值，這是因為物理層和Mac層已部署完畢?！?/p>

在可預見的未來，從3G到6G的普及仍將參差不齊。

結論

盡管6G網(wǎng)絡可能復雜且昂貴，但肯定會出現(xiàn)像當今互聯(lián)網(wǎng)一樣不可或缺的用例。

西門子的Squiers指出，支持VR全息圖等未來范式需要巨大帶寬?！皼]有6G就意味著放棄這類目標和商業(yè)機會，我認為不會出現(xiàn)這種情況。5G是一大步，我們確實取得很多成就。就像任何事情一樣，這些都是連續(xù)過程，5G的一個版本與6G之間不一定是階躍函數(shù)，它會隨著技術突破和進步逐步發(fā)展?！?/p>

Ansys的Carpenter表示同意，一個不可思議的未來即將到來?！八蛟S誕生于麻省理工學院、印度理工學院的宿舍，或歐洲、東南亞的頂尖大學，但未來會出現(xiàn)需要強大計算能力的應用。

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