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6G，預計2030年開始普及

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6G，預計2030年開始普及

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6G，預計2030年開始普及

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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 6G 將展現更大潛力：連接更多設備、實現顯著更高的數據速率 ， 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量 。 西門子數字工業軟件解決方案網絡專家 Ron Squiers 提到：“3GPP Release 17 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 。 ”
還有 5G Advanced（或稱 5.5G） 。 Ansys 5G/6G 項目總監 Shawn Carpenter 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 ， 這些功能未被大規模融入網絡 。 這將緩解消費者對被迫進入新的技術節點、不得不為新手機付費的擔憂 。 我們需要巧妙保留傳統設備 ， 繼續進行兼容性設計 。 世界多數國家已進入 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 ， 這種兼容性將持續給服務推出方帶來壓力 。 ”
從這一角度看 ， 6G 將在近乎實時的數據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 4.0）奠定基礎 。 相比之下 ， 5G 的目標是提升數據吞吐量和帶寬 ， 包括通過 “網絡切片” 或專用網絡（由公共運營商或私有服務提供商運營） ， 在單一物理網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 ， 借助物聯網和工業物聯網實現萬物互聯與自動化 。 5G Advanced 節點將包含 C 波段和中波段的多用戶大規模 MIMO 。 因此 ， 當 6G 真正落地時 ， 它將實現 5G 未兌現的承諾 ， 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 ， 都將發揮邊緣計算的作用 。 ”
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 創始人獎章的 Mung Chiang 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 。 應用層面的挑戰在于 ， 如何思考人機交互和使用需求之外的不同應用領域 。 ”
圖 1：5G 新空口（NR）及向 6G 擴展中的間歇性機器對機器通信 。 來源：普渡大學 6G 全球路線圖分類報告


頻譜和頻率挑戰傳統上 ， 每代新移動技術的開發與推出約需 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約需五年 。
需解決的技術問題之一是各區域的頻譜分配 。 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 IMT 2030 ， 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 。 ”
亞太赫茲和太赫茲頻段（涵蓋 100GHz 至 10THz）對 6G 及更高級別發展至關重要 。 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 ， 能有效應對無線網絡當前面臨的頻譜稀缺挑戰 ， 為每秒太比特（Tbps）的無線連接開辟可能 。 ”
圖 2：5G 和未來 6G 應用的頻譜范圍 。 來源：Cadence


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 Andy Heinig 表示：“如果 6G 更節能 ， 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 。 ”
要發揮 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 ， 需要更多數字處理或數據處理能力 。 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展 6G ， 但確實需要這種新芯片技術 ， 或更多芯片技術支持 。 ”
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 。 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 。 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 ， 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 ， 毫米波頻段產生射頻能量時會產生更多熱量 ， 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 ， 天線系統在視線范圍內 ， 能確保環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域 。 ”
還需確定最新 Wi-Fi 協議的頻譜 。 Synaptics 低功耗邊緣 AI 高級產品經理 Ananda Roy 表示：“Wi-Fi 7 開放了 6.0 頻譜 ， 該頻譜在全球多個地區正接受監管審查 ， 但已獲美國聯邦通信委員會（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 網絡 ， 支持更密集應用 。 比如在酒店或多戶住宅等房屋相鄰區域 ， 可讓多個 Wi-Fi 設備在近距離共存 。 這將從 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5 的幾臺設備 ， 轉變為 Wi-Fi 6 的二三十臺設備 ， 如今甚至可讓數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合作 ， 幾乎可以一夜之間建成智慧城市 。 說到全面實現 5G 潛力 ， 我認為中國正在逐步實現其目標 。 在美國 ， 5G 潛力尚未完全實現 ， 移動寬帶和遠程醫療等超可靠通信領域的部分功能已實現 。 5G 兌現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）融入工廠環境 ， 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 。 ”
普及速度緩慢的原因有很多 。 首先 ， 在一些高度工業化國家 ， 電信選擇更多 。 Squiers 補充：“此外 ， 監管環境使運營商難以隨意架設天線 ， 需要經過一系列流程 ， 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 ， 工業企業中 Wi-Fi 部署仍占主導 。 5G 應在某些區域（尤其是高層建筑）開始取代 Wi-Fi ， 但這需要時間 。 ”
Ansys 的 Carpenter 認同基礎設施是問題之一 。 “5G 系統是完整系統 ， 涵蓋數據傳輸、天線系統、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 ， 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 4G LTE 服務的用戶 。 而其他一些地區的文化或新興地區 ， 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 。 ”
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（5G SA）服務分離 。 “一些客戶服務提供商不得不拆除并更換投入巨額資金的傳統設備 ， 安裝完整的 5G 獨立組網設備 ， 以實現當前 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 ， 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 。 ”
圖 3：按主要目標部署環境組織的 6G 技術重點領域 。 來源：普渡大學 6G 全球路線圖分類報告


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 網絡可能復雜且昂貴 ， 但肯定會出現像當今互聯網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 。 “沒有 6G 就意味著放棄這類目標和商業機會 ， 我認為不會出現這種情況 。 5G 是一大步 ， 我們確實取得很多成就 。 就像任何事情一樣 ， 這些都是連續過程 ， 5G 的一個版本與 6G 之間不一定是階躍函數 ， 它會隨著技術突破和進步逐步發展 。 ”
Ansys 的 Carpenter 表示同意 ， 一個不可思議的未來即將到來 。 “它或許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 ， 但未來會出現需要強大計算能力的應用 。
*聲明：本文系原作者創作 。 文章內容系其個人觀點 ， 我方轉載僅為分享與討論 ， 不代表我方贊成或認同 ， 如有異議 ， 請聯系后臺 。
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