陳瑞昀

6G可能是第一代機(jī)器通信比人際通信更重要的時(shí)代。

6G預(yù)計(jì)將于2030年開始普及，而5G的持續(xù)進(jìn)步將縮小蜂窩技術(shù)與6G的差距，使得6G初期部署更接近一次技術(shù)升級(jí)。但這只是起點(diǎn)，后續(xù)6G將展現(xiàn)更大潛力：連接更多設(shè)備、實(shí)現(xiàn)顯著更高的數(shù)據(jù)速率，并支持當(dāng)前技術(shù)無法滿足的、對(duì)消費(fèi)者有吸引力的新服務(wù)。

不過，6G的諸多細(xì)節(jié)仍待解決，包括各國(guó)頻譜分配、不同應(yīng)用的最佳頻率，以及對(duì)舊技術(shù)的支持程度等。在6G正式亮相前的五年里，升級(jí)工作將逐步推進(jìn)。

這其中就包括AT&T的5G+，其預(yù)計(jì)將提升5G性能并增加單個(gè)基站可處理的設(shè)備數(shù)量。西門子數(shù)字工業(yè)軟件解決方案網(wǎng)絡(luò)專家RonSquiers提到：“3GPPRelease17在ProSe（近距離服務(wù)）和側(cè)鏈通信的定義中，更廣泛地加入了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，這對(duì)V2X（車對(duì)萬物）等技術(shù)至關(guān)重要。我認(rèn)為，隨著5G的首次實(shí)例化，X并未真正廣泛部署，而這些技術(shù)將發(fā)揮更大作用，尤其在與智慧城市互動(dòng)時(shí)，如V2X、V2行人、V2基礎(chǔ)設(shè)施等方面?！?/p>

還有5GAdvanced（或稱5.5G）。Ansys5G/6G項(xiàng)目總監(jiān)ShawnCarpenter表示：“這是我們目前推進(jìn)和設(shè)計(jì)的中間技術(shù)步驟，能讓我們獲得額外頻譜和3GPP原計(jì)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(luò)。這將緩解消費(fèi)者對(duì)被迫進(jìn)入新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)、不得不為新手機(jī)付費(fèi)的擔(dān)憂。我們需要巧妙保留傳統(tǒng)設(shè)備，繼續(xù)進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)。世界多數(shù)國(guó)家已進(jìn)入5G時(shí)代，向6G轉(zhuǎn)型時(shí)將面臨類似問題。在該領(lǐng)域成功的關(guān)鍵，是能將6G突破性技術(shù)融入仍能讓五年前手機(jī)用戶享受良好服務(wù)的形式中，這種兼容性將持續(xù)給服務(wù)推出方帶來壓力?！?/p>

從這一角度看，6G將在近乎實(shí)時(shí)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(yīng)用（尤其是工業(yè)4.0）奠定基礎(chǔ)。相比之下，5G的目標(biāo)是提升數(shù)據(jù)吞吐量和帶寬，包括通過“網(wǎng)絡(luò)切片”或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)（由公共運(yùn)營(yíng)商或私有服務(wù)提供商運(yùn)營(yíng)），在單一物理網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)支持車載關(guān)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(dòng)無線電，借助物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)與自動(dòng)化。5GAdvanced節(jié)點(diǎn)將包含C波段和中波段的多用戶大規(guī)模MIMO。因此，當(dāng)6G真正落地時(shí)，它將實(shí)現(xiàn)5G未兌現(xiàn)的承諾，以及更復(fù)雜的邊緣AI。

西門子的Squiers認(rèn)為：“機(jī)器對(duì)機(jī)器的通信模式將成為主流，機(jī)器人、基礎(chǔ)設(shè)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(jì)算的作用?！?/p>

事實(shí)上，6G可能是第一代機(jī)器通信比人際通信更重要的時(shí)代。普渡大學(xué)校長(zhǎng)、近期獲IEEE創(chuàng)始人獎(jiǎng)?wù)碌腗ungChiang表示：“機(jī)器間的邊緣計(jì)算將真正普及、可擴(kuò)展，并廣泛應(yīng)用于多個(gè)垂直領(lǐng)域。應(yīng)用層面的挑戰(zhàn)在于，如何思考人機(jī)交互和使用需求之外的不同應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>

頻譜和頻率挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)上，每代新移動(dòng)技術(shù)的開發(fā)與推出約需10年，但周期正不斷壓縮。如今，從國(guó)際移動(dòng)通信（IMT）目標(biāo)設(shè)定到全面實(shí)現(xiàn)約需五年。

需解決的技術(shù)問題之一是各區(qū)域的頻譜分配。Squiers稱：“頻譜是復(fù)雜問題，涉及如何改革6GHz以下頻段以支持未來5G和6G。美國(guó)國(guó)家電信和信息管理局（NTIA）與聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）負(fù)責(zé)美國(guó)頻譜使用管理，但這一切需通過與世界無線電大會(huì)（WRC）等國(guó)際組織的條約談判確定，而通過IMT2030，這些談判正在推進(jìn)。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。”

亞太赫茲和太赫茲頻段（涵蓋100GHz至10THz）對(duì)6G及更高級(jí)別發(fā)展至關(guān)重要。Cadence指出：“這些頻率將補(bǔ)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(yīng)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)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。”

Ansys的Carpenter認(rèn)為：“大概在2030年到2035年，我們才會(huì)開始看到6G設(shè)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?！?/p>

6G的推出復(fù)雜度尚不明確。弗勞恩霍夫IIS/EAS高效電子部門負(fù)責(zé)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(gè)新標(biāo)準(zhǔn)都需要更多能源，從這一角度看，繼續(xù)使用舊標(biāo)準(zhǔn)有意義。在歐洲，由于其他標(biāo)準(zhǔn)所需頻段，非常老舊的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被關(guān)閉并取代。我預(yù)計(jì)，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(shù)提供商需承擔(dān)的費(fèi)用?！?/p>

要發(fā)揮6G的真正潛力，需支持毫米波技術(shù)的更高頻率。Heinig說：“這可能是不同技術(shù)的混合搭配。若要達(dá)到28、34、38GHz，需采用更具體技術(shù)，成本也會(huì)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(shí)需要這種新芯片技術(shù)，或更多芯片技術(shù)支持?！?/p>

從芯片設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)頻段。全球互操作性也可能存在問題，不同國(guó)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(huì)遇到多物理場(chǎng)問題?！?/p>

人們?cè)Ｍ撩撞l段的超寬帶在28和39GHz良好運(yùn)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(yùn)營(yíng)商在這些頻段的頻譜許可證到期。幾年前他們花費(fèi)數(shù)十億美元獲得該頻譜使用權(quán)，如今卻不再保留，因?yàn)榘惭b和開發(fā)毫米波設(shè)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(huì)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(diǎn)，成本極高。此外，毫米波頻段產(chǎn)生射頻能量時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多熱量，因射頻和毫米波對(duì)電子設(shè)備要求更高，會(huì)浪費(fèi)更多能源和熱量。因此，超寬帶可能用于更集中的應(yīng)用，如體育場(chǎng)、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(nèi)，能確保環(huán)境中不會(huì)有大量回聲、多徑干擾接收器和自干擾。這類技術(shù)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(jí)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(gè)地區(qū)正接受監(jiān)管審查，但已獲美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）批準(zhǔn)。歐洲邁出一大步，開放了部分6GHz頻譜用于Wi-Fi運(yùn)營(yíng)；亞洲一些國(guó)家（如印度和日本）也開放了6GHz頻譜，中國(guó)尚未開放。未來Wi-Fi將在2.4GHz、5GHz運(yùn)行，也將在2.45GHz和6GHz運(yùn)行。這使更多設(shè)備能接入Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，支持更密集應(yīng)用。比如在酒店或多戶住宅等房屋相鄰區(qū)域，可讓多個(gè)Wi-Fi設(shè)備在近距離共存。這將從Wi-Fi4和Wi-Fi5的幾臺(tái)設(shè)備，轉(zhuǎn)變?yōu)閃i-Fi6的二三十臺(tái)設(shè)備，如今甚至可讓數(shù)百臺(tái)設(shè)備在近距離運(yùn)行——這就是6GHz的作用?！?/p>

技術(shù)采用

新技術(shù)的采用速度差異很大，5G就是明顯例子，其在不同國(guó)家和社會(huì)領(lǐng)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(guó)，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(shí)現(xiàn)5G潛力，我認(rèn)為中國(guó)正在逐步實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。在美國(guó)，5G潛力尚未完全實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)寬帶和遠(yuǎn)程醫(yī)療等超可靠通信領(lǐng)域的部分功能已實(shí)現(xiàn)。5G兌現(xiàn)潛力的最佳案例或許是工廠中的機(jī)器對(duì)機(jī)器通信——我們?cè)趯?G（尤其是5G專網(wǎng)）融入工廠環(huán)境，用于自動(dòng)導(dǎo)引車和與工廠機(jī)器人通信方面做得很好。鑒于美國(guó)目前形勢(shì)，這只會(huì)加速推進(jìn)，我們將在短期內(nèi)看到更多此類應(yīng)用。”

普及速度緩慢的原因有很多。首先，在一些高度工業(yè)化國(guó)家，電信選擇更多。Squiers補(bǔ)充：“此外，監(jiān)管環(huán)境使運(yùn)營(yíng)商難以隨意架設(shè)天線，需要經(jīng)過一系列流程，包括獲取土地、安裝基站及擴(kuò)建以支持新天線——這些新天線對(duì)5G所需新頻譜至關(guān)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(yù)期，工業(yè)企業(yè)中Wi-Fi部署仍占主導(dǎo)。5G應(yīng)在某些區(qū)域（尤其是高層建筑）開始取代Wi-Fi，但這需要時(shí)間?！?/p>

Ansys的Carpenter認(rèn)同基礎(chǔ)設(shè)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(guān)技術(shù)，還包括服務(wù)提供商的計(jì)費(fèi)機(jī)制等。尤其在北美，我們面臨蜂窩網(wǎng)絡(luò)革命興起時(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施問題——當(dāng)時(shí)已部署銅線基礎(chǔ)設(shè)施，全身心投入蜂窩網(wǎng)絡(luò)不劃算，因?yàn)榧壹覒魬羧杂须娫?。但在缺乏此類基礎(chǔ)設(shè)施的新興地區(qū)，情況不同，他們無需鋪設(shè)銅線，可直接采用無線技術(shù)。這正是北美存在的問題：我們?cè)?G甚至早期5G通信中投入不少，但北美（或許還有歐洲）的運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)是增加5G服務(wù)，同時(shí)確保不疏遠(yuǎn)使用3G、4G和4GLTE服務(wù)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(shù)上投入太多，也無需被迫確保與舊設(shè)備的兼容性。”

Carpenter解釋，迄今為止3G、4G和5G的混合部署，必須與部分運(yùn)營(yíng)商的5G獨(dú)立組網(wǎng)（5GSA）服務(wù)分離?！耙恍┛蛻舴?wù)提供商不得不拆除并更換投入巨額資金的傳統(tǒng)設(shè)備，安裝完整的5G獨(dú)立組網(wǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前3GPP對(duì)5G定義的所有強(qiáng)大功能?！?/p>

T-Mobile是全力投入5G的公司。Carpenter指出：“T-Mobile選擇不糾結(jié)兼容性問題，真正聚焦5G功能并大力推進(jìn)。如今，其用戶享受到的服務(wù)獲得很高滿意度，帶寬良好，全國(guó)網(wǎng)絡(luò)覆蓋相當(dāng)不錯(cuò)——這并非易事，他們必須下定決心、全力推進(jìn)并安裝設(shè)備，不必過多擔(dān)心向后兼容性，如今正在收獲成果，其他一些運(yùn)營(yíng)商也在努力追趕?！?/p>

總體而言，更快部署可推動(dòng)美國(guó)技術(shù)普及率提升。普渡大學(xué)的蔣教授說：“很多應(yīng)用是反復(fù)試驗(yàn)的過程，沒人能完全準(zhǔn)確預(yù)測(cè)人們或機(jī)器將如何使用它。你只需部署、調(diào)整，并從已部署技術(shù)中學(xué)習(xí)，就像上世紀(jì)90年代初中期——當(dāng)時(shí)路由器和DSL寬帶普及，支持了各種應(yīng)用程序，幾年后雅虎、亞馬遜和谷歌相繼出現(xiàn)，人們開始學(xué)習(xí)在應(yīng)用層提供價(jià)值，這是因?yàn)槲锢韺雍蚆ac層已部署完畢?！?/p>

在可預(yù)見的未來，從3G到6G的普及仍將參差不齊。

結(jié)論

盡管6G網(wǎng)絡(luò)可能復(fù)雜且昂貴，但肯定會(huì)出現(xiàn)像當(dāng)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(biāo)和商業(yè)機(jī)會(huì)，我認(rèn)為不會(huì)出現(xiàn)這種情況。5G是一大步，我們確實(shí)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(gè)版本與6G之間不一定是階躍函數(shù)，它會(huì)隨著技術(shù)突破和進(jìn)步逐步發(fā)展。”

Ansys的Carpenter表示同意，一個(gè)不可思議的未來即將到來。“它或許誕生于麻省理工學(xué)院、印度理工學(xué)院的宿舍，或歐洲、東南亞的頂尖大學(xué)，但未來會(huì)出現(xiàn)需要強(qiáng)大計(jì)算能力的應(yīng)用。

*聲明：本文系原作者創(chuàng)作。文章內(nèi)容系其個(gè)人觀點(diǎn)，我方轉(zhuǎn)載僅為分享與討論，不代表我方贊成或認(rèn)同，如有異議，請(qǐng)聯(lián)系后臺(tái)。

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