5G還在路上，6G研究已經(jīng)開(kāi)始了！

當(dāng)全球正力拼2019年啟動(dòng)5G商用服務(wù)，位于北歐斯堪的納維亞半島的芬蘭(Finland)已經(jīng)展開(kāi)超越5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究了。不久前，芬蘭奧盧市(Oulu, Finland)邀請(qǐng)大批媒體記者前來(lái)體驗(yàn)其針對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)所啟動(dòng)的研究與工作進(jìn)展，我當(dāng)時(shí)立刻想到的是，我們連5G都還沒(méi)商用，又怎么能談?wù)?G呢?

不過(guò)，當(dāng)我一到達(dá)奧盧市，就開(kāi)始意識(shí)到那只是一種象征——如同世界上其他地區(qū)一樣，奧盧市目前所展開(kāi)的大部份工作都在推動(dòng)5G、進(jìn)行試驗(yàn)以及尋找商業(yè)模式和使用案例。正如諾基亞(Nokia)供應(yīng)鏈負(fù)責(zé)人所說(shuō)的，該公司已經(jīng)在全球各個(gè)城市出貨了數(shù)百萬(wàn)套Airscale無(wú)線接取平臺(tái)，用于5G網(wǎng)絡(luò)的安裝。

芬蘭奧盧市(Oulu, Finland)鳥(niǎo)瞰圖(來(lái)源：EE Times)

然而，除了今天可能實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之外，還必須要有一個(gè)關(guān)于下一步的方向與愿景。這將意味著未來(lái)的一些出路，以及一個(gè)可望有助于獲得研究資助的象征。

Ari Pouttu

奧盧大學(xué)(University of Oulu)無(wú)線通信中心(Center for Wireless Communications)可信賴(lài)無(wú)線技術(shù)教授Ari Pouttu說(shuō)：“這應(yīng)該稱(chēng)為5G長(zhǎng)程演進(jìn)(LTE)還是6G?”他說(shuō)他們很不得已地決定了6G這個(gè)名稱(chēng)，而結(jié)果是為其旗艦級(jí)6Genesis計(jì)劃贏得了未來(lái)八年超過(guò)2.5億歐元(約2.91億美元)的資金。

這項(xiàng)計(jì)劃稱(chēng)為“6Genesis—支持6G的無(wú)線智能社會(huì)與生態(tài)系統(tǒng)”(6Genesis — the 6G-Enabled Wireless Smart Society & Ecosystem)，專(zhuān)注于無(wú)線技術(shù)的發(fā)展、探索5G通訊技術(shù)的實(shí)施以及發(fā)展可能的6G標(biāo)準(zhǔn)。其主要目標(biāo)是透過(guò)進(jìn)行具有測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的大型試點(diǎn)，支持業(yè)界將5G標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入商業(yè)化階段，并進(jìn)一步探索6G可能需要的基本技術(shù)組件發(fā)展——無(wú)論是任何可能，瞄準(zhǔn)無(wú)線連接等領(lǐng)域和分布式智能計(jì)算。除了人與人之間的溝通，該研究還將側(cè)重于設(shè)備、流程和對(duì)象之間的通訊。

芬蘭奧盧大學(xué)(University of Oulu)

近乎實(shí)時(shí)的連接能力

這確實(shí)是有關(guān)學(xué)術(shù)界跳脫框架的想法，并思考2030年的愿景。6Genesis計(jì)劃由奧盧大學(xué)與諾基亞、芬蘭VTT技術(shù)研究中心(VTT Technical Research Center of Finland)、阿爾托大學(xué)(Aalto University)、Business Oulu和奧盧應(yīng)用科學(xué)大學(xué)(Oulu University of Applied Sciences)共同合作。

Pouttu教授描述該計(jì)劃未來(lái)八年的愿景：掌握“近乎實(shí)時(shí)”(near-instant)且毫無(wú)限制的無(wú)線連接對(duì)于數(shù)據(jù)導(dǎo)向型(data-driven)社會(huì)的影響。這意味著必須考慮到無(wú)線連接、組件與電路以及分布式計(jì)算的要求，從而在無(wú)線連接無(wú)處不在的社會(huì)各領(lǐng)域，滿(mǎn)足對(duì)于人工智能(AI)相關(guān)應(yīng)用的期待。

Pouttu說(shuō)：“人與人之間已經(jīng)互連了，因此，5G或6G的承諾將是連接更多對(duì)象。從延遲來(lái)看，5G的近乎實(shí)時(shí)連接仍未完全解決：對(duì)于某些(時(shí)間要求嚴(yán)格的)應(yīng)用而言，毫秒(ms)級(jí)的延遲還不夠好，因此還有很大的潛力可以升級(jí)通訊能力。”

Pouttu補(bǔ)充說(shuō)，當(dāng)您開(kāi)始需要處理大量資料時(shí)，一開(kāi)始就能達(dá)到TB/s級(jí)的通訊速率。而當(dāng)增加數(shù)據(jù)速率時(shí)，需要同樣提高頻率——其范圍從100GHz直到Terahertz (THz)頻率。

Pouttu說(shuō)：“為此，由于無(wú)線信號(hào)無(wú)處不在，距離將因此縮短。我們將需要開(kāi)始尋找提供空中傳輸(OTA)通訊的全新方式。這可能意味著超寬帶無(wú)線還是OFDM的復(fù)興?”

Pouttu表示，已經(jīng)有人認(rèn)為未來(lái)10年每個(gè)人將有1,000個(gè)無(wú)線電。當(dāng)您進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域時(shí)，組件和電路技術(shù)將成為重要主題，也可能需要對(duì)于材料科學(xué)的新思考。

該計(jì)劃所關(guān)注的一個(gè)研究領(lǐng)域是滿(mǎn)足更多數(shù)據(jù)導(dǎo)向的近乎實(shí)時(shí)連接能力需求所需要的“移動(dòng)邊緣智慧”。分布式計(jì)算將變得更加重要，尤其是多接取移動(dòng)邊緣計(jì)算。

Pouttu指出，許多計(jì)算都將在邊緣完成，目前的手持式設(shè)備本身即已完成了大量建模。例如Apple最新推出的iPhone手機(jī)，即可看出這一趨勢(shì)已經(jīng)發(fā)生在A12仿生芯片了。

奧盧大學(xué)無(wú)線電工程教授Aarno Parssinen表示，開(kāi)始思考下一代技術(shù)非常重要，因?yàn)榧夹g(shù)可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能發(fā)展成熟。他說(shuō)：“我們的開(kāi)發(fā)時(shí)間表就不是以季來(lái)算——對(duì)我們來(lái)說(shuō)，10年其實(shí)已經(jīng)算是短的時(shí)間架構(gòu)了。”

Aarno Parssinen

Parssinen說(shuō)：“如果你觀察毫米波(mmWave)，它最初的基本原理可能是在2000年左右的時(shí)間完成的，但是業(yè)界一直到10～15年后才算開(kāi)發(fā)到成熟的程度。即便如此，5G mmWave在實(shí)施上還比它困難10倍。相同的基本原理可能適用，但其尺寸會(huì)越來(lái)越小。隨著天線變得越來(lái)越小，周?chē)碾娮咏M件越來(lái)越多，到了THz級(jí)通訊時(shí)將變得更加困難。”

Parssinen還說(shuō)目前我們還沒(méi)有充份的晶體管技術(shù)得以因應(yīng)THz頻率挑戰(zhàn)。

針對(duì)未來(lái)的5G和6G開(kāi)發(fā)，Parssinen表示感興趣的區(qū)域?qū)?00GHz到1THz。其間將有如此多的頻率可用，因而可能包含龐大的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)的密集不僅出現(xiàn)在信息技術(shù)中，同時(shí)也發(fā)生在無(wú)線傳輸。

Parssinen說(shuō)：“我們必須提出一個(gè)有效的解決方案，讓這些頻率合理且實(shí)際可用。我們需要做一些尚未真正完成的事情。但那就是科學(xué)的目的。目標(biāo)就是在可讓電波天文學(xué)(radio astronomy)和其他科學(xué)或一些非常嚴(yán)苛的應(yīng)用取得重大進(jìn)展的頻率上創(chuàng)造新事物?，F(xiàn)在，重點(diǎn)是將其用于價(jià)格合理的小型設(shè)備商用化，以及如何讓無(wú)線電信號(hào)在此環(huán)境中傳播。”

因此，無(wú)線電、電子組件和材料，將成為未來(lái)8年該計(jì)劃面臨的巨大挑戰(zhàn)。

5G測(cè)試網(wǎng)絡(luò)

但在6G實(shí)現(xiàn)之前，還得先著眼于即將推出的5G網(wǎng)絡(luò)。這也是該計(jì)劃工作的重要部份，其中包括由奧盧大學(xué)和VTT營(yíng)運(yùn)的5G測(cè)試網(wǎng)絡(luò)(5GTN)，并由諾基亞及其核心網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品提供支持。目前還有大約25家合作伙伴也參與這項(xiàng)計(jì)劃贊助。

共同資助芬蘭奧盧5G測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的合作伙伴

5GTN理論上是5G研究的驗(yàn)證平臺(tái)，同時(shí)也是合作伙伴研發(fā)和試驗(yàn)的測(cè)試臺(tái)，合作伙伴可以使用其技術(shù)以及保健和公共服務(wù)。該測(cè)試網(wǎng)絡(luò)位于大學(xué)的中心位置，企業(yè)可以使用其SIM卡連接至該網(wǎng)絡(luò)。這讓產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員可以存取網(wǎng)絡(luò)上的所有功能和接口，以測(cè)試其技術(shù)原型，同時(shí)讓想要試用服務(wù)的其他企業(yè)也能從利用5G網(wǎng)絡(luò)中受益。

芬蘭奧盧市的5G測(cè)試網(wǎng)絡(luò)

該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使用3GPP指定的演進(jìn)封包核心元素和LTE無(wú)線接取技術(shù)，并特別強(qiáng)調(diào)基于小型基地臺(tái)(small cell)的解決方案。5GTN計(jì)劃團(tuán)隊(duì)還可提供頻率授權(quán)。它目前有許多項(xiàng)目正積極進(jìn)行中，包括照護(hù)、保健和健身、家庭數(shù)字醫(yī)療(e-health)、媒體制作和發(fā)行，以及使用5G的諾基亞自動(dòng)化工廠。

可用于存取奧盧大學(xué)5G測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的SIM卡

6G離我們還有多遠(yuǎn)?

當(dāng)我們知道5G還有很多工作尚待完善之際，有人已經(jīng)開(kāi)始在談?wù)?G，這很容易讓人抱持懷疑態(tài)度。曾經(jīng)在西班牙電信公司(Telefonica)任職長(zhǎng)達(dá)17年、目前是英國(guó)政府國(guó)際貿(mào)易機(jī)構(gòu)的首席科學(xué)顧問(wèn)Mike Tele說(shuō)：“我認(rèn)為現(xiàn)在討論6G只是一種轉(zhuǎn)移注意力(red herring)的方式，至少在2020-2022年之前都不值得太過(guò)于投入。我們現(xiàn)在需要的是先看看5G客戶(hù)的真正需求然后推出5G。”

然而，世界各地已經(jīng)在為下一代網(wǎng)絡(luò)各方面展開(kāi)工作了，科學(xué)家和研究人員也已經(jīng)在思考這些挑戰(zhàn)，因?yàn)樗潜仨氃谀硞€(gè)時(shí)間點(diǎn)之間及時(shí)展開(kāi)的任務(wù)。例如，據(jù)悉中國(guó)已經(jīng)在去年底開(kāi)始研究下一代移動(dòng)通訊——即6G了。此外，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)還有一個(gè)焦點(diǎn)小組，負(fù)責(zé)研究前進(jìn)2030年的下一代網(wǎng)絡(luò)之骨干技術(shù)。半導(dǎo)體研究聯(lián)盟(SRC)則設(shè)有融合THz通訊和感測(cè)中心(Center for Converged Terahertz Communications and Sensing)，致力于開(kāi)發(fā)未來(lái)的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施，為終端用戶(hù)提供1～100Gb/s的速率，以及具有100～1,000個(gè)同步獨(dú)立調(diào)變的波束和數(shù)十個(gè)Tb/s的中心容量。

Pouttu接著說(shuō)，這只是人類(lèi)對(duì)于一項(xiàng)技術(shù)任務(wù)的好奇心。“找到更好的辦法來(lái)完成任務(wù)。不要擔(dān)心應(yīng)用或業(yè)務(wù)——因?yàn)檫€有其他人也這樣做。我們是工程師，總是有著好奇心。”