5G部署駛?cè)肟燔嚨溃?G浮出水面

諾基亞預(yù)計(jì)，按照典型的10年一代的周期，6G系統(tǒng)將在2030年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。在超越5G的情況下，人類智能將通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字技術(shù)緊密耦合和無(wú)縫交織而得到增強(qiáng)。隨著人工智能的進(jìn)步，機(jī)器可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為推理和決策，幫助人類在物理世界中更好地理解和行動(dòng)

2021世界移動(dòng)通信大會(huì)（上海）（MWCS）釋放了前瞻信號(hào)：經(jīng)過(guò)2020年5G“加速度”后，2021年5G將持續(xù)拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

古人云：宜未雨而綢繆，毋臨渴而掘井。5G如日中天之時(shí)，先知先覺的研究機(jī)構(gòu)已在謀劃未來(lái)5G向6G的過(guò)渡，探討6G的產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

如果說(shuō)5G是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的爆發(fā)時(shí)代，6G則將是全球智能化時(shí)代，類似全息投影、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等都將得以呈現(xiàn)。

全球5G加速部署

過(guò)去的2020年，中國(guó)新建60萬(wàn)個(gè)5G基站，總數(shù)超過(guò)71.8萬(wàn)個(gè)；2021年，中國(guó)計(jì)劃新建5G基站60萬(wàn)個(gè)，形成“以建促用，以用促建”的良性發(fā)展模式。這是工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)劉烈宏在MWCS上的解讀。

除三大電信運(yùn)營(yíng)商外，中國(guó)廣電將加入5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)陣營(yíng)。中國(guó)廣電董事長(zhǎng)宋起柱表示，計(jì)劃今年啟動(dòng)700MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)，預(yù)計(jì)2021年進(jìn)入快速部署期。

2020年，中國(guó)5G手機(jī)銷售了1.63億部，5G終端連接數(shù)超過(guò)2億；2021年，5G用戶數(shù)將進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，預(yù)計(jì)5G用戶將超5億。終端產(chǎn)業(yè)鏈將受益于網(wǎng)絡(luò)的快速部署。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，5G應(yīng)用的80%在產(chǎn)業(yè)端，2021年5G的行業(yè)落地在有望提速。華為常務(wù)董事、運(yùn)營(yíng)商BG總裁丁耘表示，2021年將是5GToB（面向行業(yè)）規(guī)模的商用元年。例如，華為南方工廠130米長(zhǎng)的手機(jī)生產(chǎn)線有大約500臺(tái)設(shè)備接入5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。智能化產(chǎn)線減少了80%的操作工人數(shù)量，整體生產(chǎn)效率提升3倍以上。

全球移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì)（GSA）的報(bào)告顯示，截至2021年1月，全球61個(gè)國(guó)家與地區(qū)擁有實(shí)時(shí)5G商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，社會(huì)數(shù)字化變革正在加速。

展望2021年，預(yù)計(jì)全球5G智能手機(jī)出貨量將達(dá)到4.5億至5.5億部，到2023年，全球5G連接數(shù)更將高達(dá)10億，這比在4G時(shí)代實(shí)現(xiàn)10億連接數(shù)的時(shí)間整整提前了兩年，由此可見5G普及速度之迅猛。

6G研究開始啟動(dòng)

圍繞6G的聲音越來(lái)越大，世界各地已有很多倡議。研究公司IDTechEx稱，全球有超過(guò)10億美元的資金投入到6G研究中。2019年11月，中國(guó)科技部會(huì)同發(fā)改委等幾部委召開6G技術(shù)研發(fā)工作啟動(dòng)會(huì)，已在對(duì)這種可能性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

芬蘭、韓國(guó)和中國(guó)一樣在研究將成為6G核心的太赫茲（THz）電子產(chǎn)品方面尤為活躍。支持芬蘭及其合作伙伴的是超過(guò)3.5億美元的歐盟新研究撥款。盡管6G幾乎沒有定論，甚至連頻率都沒有決定，但關(guān)于6G的宏偉目標(biāo)和挑戰(zhàn)，已經(jīng)引發(fā)了科學(xué)界的熱議。

已經(jīng)在進(jìn)行6G研究的芬蘭奧盧大學(xué)的Ari Pouttu教授認(rèn)為：“一個(gè)研究思路或創(chuàng)新有時(shí)需要10-15年才能達(dá)到成熟的水平，因此現(xiàn)在就開始思考很重要。例如太赫茲通信的挑戰(zhàn)，包括解決這一問題的材料。”

6G路線圖開始呈現(xiàn)

所有研究項(xiàng)目都是開發(fā)知識(shí)庫(kù)、試驗(yàn)和原型的關(guān)鍵。IDTechEx最近的“2021-2041 6G通信市場(chǎng)、設(shè)備和材料”報(bào)告預(yù)測(cè)了6G路線圖以及一些挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

2021-2041 6G路線圖

報(bào)告指出，顯而易見，5G服務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了移動(dòng)電話甚至個(gè)人電子產(chǎn)品的總體需求，6G的情況將更為如此。物與物的通信可能比人類的通信更為重要。6G基本規(guī)范至少應(yīng)包含傳感、定位、邊緣計(jì)算、最高清晰度成像以及通信的需求。對(duì)人類來(lái)說(shuō)，6G響應(yīng)時(shí)間似乎是瞬間的，移動(dòng)設(shè)備沒有小區(qū)間（cell-to-cell）切換。

6G的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)將是進(jìn)入太赫茲波段的飛躍——即275GHz到10THz的未分配太赫茲波段，也就是遠(yuǎn)紅外波段。根據(jù)IDTechEx的說(shuō)法，這是物理學(xué)的“狂野西部”牛仔的領(lǐng)地，那里幾乎不存在任何組件，產(chǎn)生的信號(hào)也很微弱。這就是所謂的“太赫茲間隙”。

因此，最初的實(shí)驗(yàn)通常是在較容易的一端——100-300GHz進(jìn)行。FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）已經(jīng)提議在116到246GHz之間的一些頻段正式設(shè)置這個(gè)“實(shí)驗(yàn)者的游戲區(qū)”。6G的推出可能和5G一樣，從一個(gè)相對(duì)容易的頻率（如275GHz）開始，然后遷移到具有挑戰(zhàn)性的更高頻率（1GHz），以獲得最大的好處。此前的5G是從幾GHz開始，目前正在向幾十GHz過(guò)渡。

至于上限，最終的太赫茲頻率不太可能高于1THz，因?yàn)樵谀侵?，光束的大氣衰減會(huì)上升到嚴(yán)重的水平，而且組件也變得非常具有挑戰(zhàn)性。事實(shí)上，在大多數(shù)情況下，太赫茲頻率將用于本地層面和衛(wèi)星之間，其余的是自由空間光學(xué)（FSO），因?yàn)殇佋O(shè)光纖將過(guò)于昂貴或不切實(shí)際。應(yīng)用也可能包括一些C波段GHz長(zhǎng)距離鏈路。

6G的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

毫無(wú)疑問，6G將遇到前所未有的挑戰(zhàn)，其中一些挑戰(zhàn)也可能成為機(jī)遇：

茲在光頻譜中位于微波和紅外線之間，但由于其能量低，科學(xué)家無(wú)法利用其潛力

需要更高頻率的前端和調(diào)制解調(diào)器芯片，可供選擇的有GaAs、GaN、InP、SiGe、全耗盡絕緣體上硅（FD-SOI）CMOS

前程/回程方面，高容量連接和高空太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可在陽(yáng)光下飛行5年，中國(guó)、德國(guó)/法國(guó)、英國(guó)和美國(guó)已經(jīng)在空中進(jìn)行了遠(yuǎn)不足5年的試驗(yàn)。試驗(yàn)包括無(wú)人駕駛飛艇，還有將于2021年發(fā)射的法國(guó)/意大利領(lǐng)先的同溫層巴士（Stratobus）。此外，6G還需要數(shù)以萬(wàn)計(jì)的近地軌道低軌衛(wèi)星，歐洲和美國(guó)的SpaceX正在部署。這些飛機(jī)和衛(wèi)星都不是專門用于6G的，但它們對(duì)6G必不可少

需要解決的其他問題包括：

異構(gòu)硬件對(duì)復(fù)雜集成到單一平臺(tái)的限制

實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)勢(shì)的邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能力

3D網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜資源管理

頻譜和干擾管理

解決太赫茲大氣吸收問題

太赫茲波束管理

物理層安全

太赫茲建模

成本控制

6G的研發(fā)對(duì)材料供應(yīng)商來(lái)說(shuō)意味著新的機(jī)遇。將在6G中廣泛應(yīng)用的材料包括石墨烯和超材料（超級(jí)電容器、熱平衡、HEMT晶體管、天線、超表面）以及許多不同的3-5化合物（HEMT晶體管、THz二極管、襯底、能量收集、太陽(yáng)能飛機(jī)等）。

不以為然的質(zhì)疑

與6G熱情相反，相反的觀點(diǎn)也很多。有人說(shuō)，5G已被證明如此昂貴，可能永遠(yuǎn)不會(huì)全面部署，而那些需要更多功能的人可以從5G的更高頻率版本中獲得，而不需要更多的標(biāo)準(zhǔn)。

IDTechEx指出，如果沒有一些現(xiàn)在不存在的東西，6G就不可能實(shí)現(xiàn)，而且可能永遠(yuǎn)也買不起。因?yàn)樘掌澒馐?、弱，不走圓角，幾乎任何東西都能阻止它，所以需要智能表面，即使是在私人住宅里，也必須有無(wú)處不在的通道。

所謂智能曲面有許多名稱：“超曲面”、“智能反射曲面（IRS）”、“軟件可編程超曲面（SPM）”等。它們由有源太赫茲元件和超材料組成，排列成可單獨(dú)編程的“瓷磚”。它們必須重定向、放大、準(zhǔn)直、偏振，同時(shí)以其他方式操縱太赫茲光束。

IDTechEx表示，還有其他問題，比如6G需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施，而圍繞始終在線連接需求的一些思考是否明智也有疑問。據(jù)說(shuō)6G最終將使幾乎所有的東西都直接連接到互聯(lián)網(wǎng)上。6G是混合和虛擬現(xiàn)實(shí)，是醫(yī)學(xué)成像和無(wú)人車輛的未來(lái)。但特斯拉CEO埃隆·馬斯克認(rèn)為，依靠衛(wèi)星傳輸信號(hào)的“天網(wǎng)”可以把衛(wèi)星當(dāng)做5G基站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，不僅延遲可以忽略不計(jì)，而且與部署傳統(tǒng)基站相比，成本也低得多。

探索6G毫米波無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

法國(guó)研究機(jī)構(gòu)CEA-Leti認(rèn)為，毫米波（mmWave）頻段無(wú)線通信（20GHz到300GHz）有望成為6G無(wú)線系統(tǒng)的關(guān)鍵使能技術(shù)，因?yàn)榫薮蟮目捎脦捒梢匀菁{超高數(shù)據(jù)速率通信。他們正在探索6G毫米波技術(shù)超過(guò)5G的數(shù)據(jù)傳輸能力。在毫米波段范圍，CEA Leti正在研究D波段——140GHz的新頻譜，它可能在6G無(wú)線通信中發(fā)揮主要作用。

亞太赫茲波段無(wú)線連接相關(guān)性能指標(biāo)設(shè)想方案

CEA-Leti認(rèn)為，在D波段5G以上無(wú)線連接技術(shù)中，一些潛在應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用需要在場(chǎng)景需求和構(gòu)建6G路線圖的硅技術(shù)限制之間進(jìn)行權(quán)衡。CEA-Leti科學(xué)家Jean Baptiste Dore說(shuō)：“使用D波段無(wú)線通信的挑戰(zhàn)包括隨著頻率平方增加的自由空間波傳播損耗，所以必須使用高增益天線進(jìn)行補(bǔ)償。這意味著天線的方向性和對(duì)準(zhǔn)將受到嚴(yán)格限制?！?

這些限制包括阻礙亞太赫茲（sub-THz）波傳播的物理障礙，這些障礙可以被墻壁、樹木甚至窗戶阻擋或強(qiáng)烈衰減。即使在清晰的傳播路徑中，也需要高增益天線。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，CEA-Leti正在設(shè)計(jì)一種超越現(xiàn)有技術(shù)的高方向性和電子可操縱天線。

用光線跟蹤工具預(yù)測(cè)用于亞太赫茲無(wú)線性能評(píng)估的

街道內(nèi)回程傳播

由于CMOS技術(shù)無(wú)法生產(chǎn)出能夠提供亞太赫茲應(yīng)用所需的最大晶體管頻率的器件，CEA Leti正在研究?jī)?yōu)化的RF電路設(shè)計(jì)，為這些應(yīng)用提供創(chuàng)新的架構(gòu)，以及新的材料和器件，以解決D波段頻率和更高頻率的問題，包括用于信道綁定的低噪聲放大器和可編程高階倍頻器。

對(duì)于器件到器件的通信，他們已經(jīng)證明了使用空間復(fù)用和簡(jiǎn)單的RF架構(gòu)可以達(dá)到多Gbps的吞吐量。通過(guò)所提出的混合信號(hào)、模擬和數(shù)字，晶體管所需的功率被限制在微瓦級(jí)別，這使得CMOS技術(shù)成為可能。

CEA Leti的6G的關(guān)鍵使能技術(shù)的設(shè)計(jì)已經(jīng)開始，包括研究用于亞太赫茲波段的新材料和器件、增強(qiáng)RF CMOS結(jié)構(gòu)和天線系統(tǒng)以及高性能數(shù)字處理，也包括研究系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）和/或系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）的異構(gòu)集成。

歐盟解囊開發(fā)6G愿景

最近，一項(xiàng)旨在開發(fā)和定義下一代6G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、技術(shù)和愿景的研究項(xiàng)目Hexa-X旗艦獲得了歐盟（EU）地平線2020研究與創(chuàng)新計(jì)劃（Horizon 2020 research and innovation program）近1200萬(wàn)歐元的資助。

歐洲已經(jīng)開始

幾十年來(lái)，歐洲一直是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者?，F(xiàn)在，關(guān)鍵是要在“旗艦”項(xiàng)目的聯(lián)合研究中釋放大腦，以保持B5G（超5G）/6G時(shí)代的全球行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。

以諾基亞為首的25個(gè)行業(yè)和學(xué)術(shù)合作伙伴參與Hexa-X項(xiàng)目，開發(fā)基本6G技術(shù)，并為集成關(guān)鍵6G使能技術(shù)的智能結(jié)構(gòu)定義新的架構(gòu)。面對(duì)2030年及以后歐洲和世界將面臨巨大的增長(zhǎng)和可持續(xù)性機(jī)遇和挑戰(zhàn)；歐洲希望積極解決綠色協(xié)議效率、數(shù)字包容和健康與安全保障等問題。

Hexa-X 6G項(xiàng)目的合作伙伴

Hexa-X愿景需要一個(gè)X-enabler結(jié)構(gòu)，包括互聯(lián)智能、網(wǎng)絡(luò)、可持續(xù)性、全球服務(wù)覆蓋、終極體驗(yàn)和可信賴性。

Hexa-X項(xiàng)目的目標(biāo)包括開發(fā)以下領(lǐng)域的關(guān)鍵使能技術(shù)：

全新高頻無(wú)線電接入技術(shù)和高分辨率定位和傳感

通過(guò)人工智能（AI）驅(qū)動(dòng)的空中接口和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)治理實(shí)現(xiàn)互聯(lián)智能

用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分解和動(dòng)態(tài)可靠性的6G架構(gòu)使能技術(shù)

諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室（Nokia Bell Labs）接入和設(shè)備研究主管Peter Vetter表示，“盡管隨著新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，5G領(lǐng)域仍有很多創(chuàng)新，但我們的研究實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在探索6G。在6G時(shí)代，我們將看到不僅能將人與機(jī)器聯(lián)系起來(lái)，還能將人與數(shù)字世界聯(lián)系起來(lái)的應(yīng)用。

諾基亞預(yù)計(jì)，按照典型的10年一代的周期，6G系統(tǒng)將在2030年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。在超越5G的情況下，人類智能將通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字技術(shù)緊密耦合和無(wú)縫交織而得到增強(qiáng)。隨著人工智能的進(jìn)步，機(jī)器可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為推理和決策，幫助人類在物理世界中更好地理解和行動(dòng)。隨著今天的家用和工業(yè)機(jī)器轉(zhuǎn)變?yōu)槌扇旱亩嘤猛緳C(jī)器人和無(wú)人機(jī)，從任何地方控制它們的新的人機(jī)觸覺和思維接口應(yīng)該成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分。

Hexa-X的6G視覺系統(tǒng)