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2020年7月20日 星期一

Finland's 6G vision for 2030



源: 中国科技网

5G 尚未普及,美國號稱開始研發 6G。到底是「嘗鮮」 5G,還是等等 6G?


去年 2 月 21 日,美國總統川普發推特「我希望 5G 乃至 6G 早日在美國落地」。日前,美國聯邦通信委員會朝著川普的指示邁出了第一步,決定開放 95 千兆赫到 3 太赫茲頻段,供 6G 實驗使用。

紐約大學教授泰德·拉帕波特發表聲明:「聯邦通信委員會已經啓動了 6G 的競賽。」難道我們還沒有享受到 5G 佈署的紅利,網速更快的 6G 已經呼嘯而來?6G 到底是「小荷才露尖尖角」還是「妖嬈全在欲開時」?記者就此採訪了芬蘭奧盧大學博士後、無線通信專家何繼光。


關鍵技術仍在摸索
「5G 布網還沒完成,甚至國際標準都沒有完全制訂好。6G 還在起步階段,剛剛開始研究,甚至沒有清晰的概念定義,其關鍵技術仍在摸索之中。」何繼光告訴記者,從開始研究到技術成熟需要時間。

歐盟在 2013 年就啓動了 METIS 項目(2020 年資訊社會與行動無線通信助推器),展開 5G 的研究,但直到 2015 年項目結束,關鍵技術都沒有完全確定。「作為一名無線通信研究者,我相信 6G 總有一天會到來,但現在仍是完善 5G、摸索 6G 的時段。」

「太赫茲被很多人認為是 6G 的關鍵技術之一。事實上,太赫茲能否用於無線通信還在論證。」何繼光介紹,之前太赫茲主要用於雷達探測、醫療成像,在無線通信方面的應用,也是近兩年才開始研究。它的特點是頻率高、通信速率高,理論上能夠達到太字節每秒(TB/S),但實際上哪種應用需要如此高的網速尚無定論。

而且太赫茲有明顯的缺點,那就是傳輸距離短,易受障礙物干擾,現在能做到的通信距離只有 10 米左右,而只有解決通信距離問題,才能用於現有的行動通信蜂窩網路。此外,通信頻率越高對硬體設備的要求越高,需要更好的性能和加工工藝。這些技術難題短時間內很難解決。


路線方案尚需驗證
「目前,國際通信技術研發機構,相繼提出了多種實現 6G 的技術路線,但這些方案都處於概念階段,能否落實還需驗證。」何繼光表示,奧盧大學無線通信中心是全球最先開始 6G 研發的機構,目前正在從無線連接、分布式計算、設備硬體、服務應用四個領域著手研究。

無線連接是利用太赫茲,甚至更高頻率的無線電波通信;分布式計算則是透過人工智慧、邊緣計算等算法,解決大量數據帶來的時延問題;設備硬體主要面向太赫茲通信,研發對應的天線、晶片等硬體;服務應用則是研究 6G 可能的應用領域,如自動駕駛等。「目前也只是有這四個方向,具體的細節還沒有明確。」

記者瞭解到,韓國 SK 集團資訊通信技術中心,曾在 2018 年提出了「太赫茲+去蜂窩化結構+高空無線平台(如衛星等)」的 6G 技術方案,不僅應用太赫茲通信技術,還要徹底變革現有的行動通信蜂窩架構,並建立空天地一體的通信網路。

何繼光指出,SK 集團提到的去蜂窩化結構,是當前的研究熱點之一,即基地台未必按照蜂窩狀佈置,終端也未必只和一個基地台通信,這確實能提高頻譜效率,瑞典林雪平大學的研究團隊最早提出了去蜂窩結構構想。但這一構想能否滿足 6G 時延、通信速率等指標,還需要驗證。

除了 SK 集團,美國貝爾實驗室也提出了「太赫茲+網路切片」的技術路線。這些方案在技術細節上,都需要長時間試驗驗證。


推廣應用成本高昂
「無線通信進一步發展,大量投資必不可少。」何繼光談到,要提高通信速率有兩個方案:一是基地台更密集,佈署量增加,雖然基地台功率可以降低,但數量增加仍會帶來成本上升;

第二種方案就是使用更高頻率通信,比如太赫茲或者毫米波,但高頻率對基地台、天線等硬體設備的要求更高,現在進行太赫茲通信硬體試驗的成本,已經超出一般研究機構的承受能力。

另外,從基地台天線數上來看,4G 基地台天線數只有 8 根,5G 能夠做到 64 根、128 根甚至 256 根,6G 的天線數可能會更多,基地台的更換也會提高應用成本。

「不改變現有的通信頻段,只依靠通過算法優化等措施很難實現設想的 6G 願景,全部替換所有基地台也不現實。」何繼光認為,未來很有可能會採取非獨立組網的方式,即在原有基地台等設施的基礎上佈署 6G 設備,6G 與 5G 甚至4 G、4.5G 網路共存,6G 主要用於人口密集區域或者滿足自動駕駛、遠端醫療、智慧工廠等垂直行業的高端應用。

其實,普通百姓對幾十個 G,甚至每秒太字節的速率,沒有太高需求,況且如果 6G 以毫米波或太赫茲為通信頻率,其行動終端的價格必然不菲。


「6G 在未來幾年可能在技術上有所突破,但距離應用佈署為時尚遠。」何繼光預測,一方面從事 6G 研發的科研機構還比較少,技術發展仍需要時間;另一方面技術獲得突破後的標準化也需要時間。

從技術的發展看,6G 一定會到來。但有需求才有技術,5G 的技術指標能夠在很長時間內,滿足大部分的行業應用,而且推廣普及 5G 的投入也很高。除非社會發展對 6G 有非常緊迫的需要,否則不會在很短時間內用 6G 替換 5G。

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