6G：真正實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”

張文欣

盡管5G技術(shù)剛剛進(jìn)入實(shí)用階段，但一些國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)已把目光投向6G。芬蘭奧盧大學(xué)發(fā)布了全球首部《6G白皮書》，它基于70位專家在首屆6G無(wú)線峰會(huì)特別研討會(huì)上分享的觀點(diǎn)，系統(tǒng)地介紹了6G技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。外媒從多個(gè)角度進(jìn)行解讀：約10年后，依托6G技術(shù)將真正實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”，人們的生活將出現(xiàn)巨大變革。

性能相比于5G提升10—100倍

6G的大多數(shù)性能指標(biāo)相比于5G都提升了10—100倍。衡量6G技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)包括：峰值傳輸速度達(dá)100Gbps—1Tbps，而5G僅為10Gpbs;室內(nèi)定位精度達(dá)10厘米，室外達(dá)1米，相比于5G精準(zhǔn)了10倍;通信時(shí)延0.1毫秒，僅為5G的十分之一;信號(hào)中斷的概率小于百萬(wàn)分之一;連接設(shè)備密度達(dá)到每立方米過(guò)百個(gè)。此外，6G將采用太赫茲頻段通信，網(wǎng)絡(luò)容量大幅提升。

從覆蓋范圍上看，6G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不再局限于地面，而是實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備、海上設(shè)備、空中機(jī)載設(shè)備和太空設(shè)備的無(wú)縫連接，能夠打造一個(gè)集地面通信、衛(wèi)星通信、海洋通信于一體的全連接通信世界，沙漠、海洋等傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)有望實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋。

從定位精度上看，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)定位精度有限，難以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)物品的精準(zhǔn)定位，而6G足以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)小型物品的高精度定位。

另外，6G能夠與人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)深度融合，智能傳感、智能定位、智能資源分配、智能接口切換等都將成為現(xiàn)實(shí)。

幻想的場(chǎng)景將成為現(xiàn)實(shí)

據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，到2030年，隨著6G技術(shù)的到來(lái)，許多當(dāng)前仍是幻想的場(chǎng)景都將成為現(xiàn)實(shí)，人們的生活將出現(xiàn)巨大變革。

隨著新型顯示、傳感和成像設(shè)備以及低功耗專用處理器等技術(shù)的發(fā)展，智能手機(jī)很可能被輕量的眼鏡替代，通過(guò)超高的網(wǎng)速實(shí)現(xiàn)超高的分辨率、幀速，并能提供虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)合為一體的XR型服務(wù)，與我們的感官、運(yùn)動(dòng)無(wú)縫連接。

高分辨率的傳感成像設(shè)備、可穿戴顯示器、超高速的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將能夠?qū)崟r(shí)捕捉、傳輸和渲染遠(yuǎn)程全息3D圖像。例如在會(huì)議中實(shí)時(shí)投影每個(gè)參與者，通過(guò)XR制造感知幻覺(jué)，讓身處不同城市的人們感覺(jué)像是共處一室。這在遠(yuǎn)程教育、協(xié)作設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程辦公、高級(jí)三維模擬以及國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用都很廣泛。

移動(dòng)通信技術(shù)更迭的意義，已經(jīng)不止于解決人與人之間的無(wú)線通信以及隨時(shí)隨地?zé)o線上網(wǎng)的問(wèn)題，而是要更好地解決物與物之間、物與人之間的聯(lián)系，也就是現(xiàn)在人們所說(shuō)的物聯(lián)網(wǎng)。

所謂“萬(wàn)物互聯(lián)”，是指將人、流程、數(shù)據(jù)和事物結(jié)合在一起，使得網(wǎng)絡(luò)連接的相關(guān)性更高，更有價(jià)值?！叭f(wàn)物互聯(lián)”能夠?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)化為行動(dòng)，給企業(yè)、個(gè)人和國(guó)家創(chuàng)造新的功能，并帶來(lái)更加豐富的體驗(yàn)和前所未有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇。

舉個(gè)例子，人們可以用智能眼鏡控制很多東西。當(dāng)一個(gè)人身處辦公室時(shí)，也可以向自己家里的智能家居設(shè)備下達(dá)指令，讓機(jī)器人做家務(wù);隨時(shí)監(jiān)控家中的情況;呼叫無(wú)人車前來(lái)接自己出行，等等。

2030年以后，全球?qū)⒂袛?shù)以百萬(wàn)計(jì)接入網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)駕駛車輛及其他交通工具，運(yùn)輸和物流都將更為高效。這些交通工具既包括在居所、學(xué)校、工作場(chǎng)所之間運(yùn)行的無(wú)人駕駛汽車，也包括運(yùn)送貨物的自動(dòng)卡車及無(wú)人機(jī)。每一輛車和每一架無(wú)人機(jī)都將配備許多傳感器，包括攝像機(jī)、激光掃描儀和太赫茲雷達(dá)等。利用6G網(wǎng)絡(luò)，交通設(shè)備上搭載的計(jì)算機(jī)能快速融合生成周圍的環(huán)境地圖，包括可能碰撞的車輛、飛行器和行人等信息，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，安全行進(jìn)。

在6G時(shí)代，還有很多新技術(shù)等待我們?nèi)ンw驗(yàn)：我們?cè)陲w機(jī)上將可以上網(wǎng)，同時(shí)不會(huì)影響飛行安全;登山運(yùn)動(dòng)員在遇到危險(xiǎn)時(shí)，可以實(shí)時(shí)發(fā)送位置信息和求救信號(hào)，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)延;艦船在海上航行時(shí)，船上的工作人員不用擔(dān)心與陸地失聯(lián)，6G可保證實(shí)時(shí)通信。

促進(jìn)數(shù)字社會(huì)的包容和公平

據(jù)西班牙《國(guó)家報(bào)》報(bào)道，6G通信網(wǎng)絡(luò)的意義不僅在于技術(shù)層面，也在于社會(huì)發(fā)展層面。其社會(huì)驅(qū)動(dòng)因素包括政治、經(jīng)濟(jì)、法律和環(huán)境等方面的需求，可以進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字社會(huì)的包容性與公平性。

例如，該技術(shù)的普及能夠讓全球貧困人口、弱勢(shì)群體有機(jī)會(huì)享受教育、醫(yī)療保健等服務(wù)。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)將衛(wèi)星通信與6G移動(dòng)通信融合，能夠?qū)崿F(xiàn)全球無(wú)縫覆蓋，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)可以抵達(dá)任何一個(gè)偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，讓那里的病人接受遠(yuǎn)程醫(yī)療，讓孩子們接受遠(yuǎn)程教育。

此外，在導(dǎo)航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、成像衛(wèi)星和6G地面網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)動(dòng)支持下，地空全覆蓋網(wǎng)絡(luò)能幫助人們預(yù)測(cè)天氣，快速應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害。

相比于5G，6G具有更大的包容性和延展性，將不再只依靠傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商來(lái)運(yùn)營(yíng)，而是能夠產(chǎn)生新的生態(tài)系統(tǒng)。由于引入頻段越來(lái)越高，網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越密集，針對(duì)垂直市場(chǎng)的本地網(wǎng)絡(luò)將越來(lái)越普遍。這些本地網(wǎng)絡(luò)將由不同的利益相關(guān)者（包括地方政府、大型企業(yè)和機(jī)構(gòu)）進(jìn)行部署，從而驅(qū)動(dòng)“本地運(yùn)營(yíng)商”模式，衍生出新的生態(tài)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，任何機(jī)構(gòu)和企業(yè)都可以成為6G通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，在合法的前提下構(gòu)建自己的6G網(wǎng)絡(luò)，為特定的客戶群體提供專有服務(wù)。

須解決諸多技術(shù)難題?

6G的高性能很誘人，但要解決的技術(shù)難題也不少。奧盧大學(xué)“6G旗艦計(jì)劃”負(fù)責(zé)人馬蒂·拉特瓦霍表示，6G的根本是數(shù)據(jù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采集、處理、傳輸和使用數(shù)據(jù)的方式，將推動(dòng)6G的發(fā)展。也就是說(shuō)，6G的相關(guān)研究就是按照6G標(biāo)準(zhǔn)，解決數(shù)據(jù)從采集到使用的各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)難題。第一個(gè)挑戰(zhàn)就是要攻克尚不成熟的太赫茲通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)理想中的通信速率。另外，隨著波段頻率增加，天線體積將越來(lái)越小。頻率達(dá)到250GHZ時(shí)，4平方厘米的面積上就足以安裝1000個(gè)天線，這對(duì)集成電子、新材料等技術(shù)來(lái)說(shuō)都是巨大的挑戰(zhàn)。

從1G時(shí)代到5G時(shí)代，基站就像“交通樞紐”，在用戶和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商之間架設(shè)起一座座信息交換的“橋梁”。在6G時(shí)代，“橋梁”建設(shè)將面臨巨大挑戰(zhàn)?；窘ㄔO(shè)要從陸地拓展到天空和海洋，空中傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)，水下傳輸?shù)男盘?hào)損耗大，無(wú)人機(jī)和艦船的通信又是動(dòng)態(tài)的，這都需要協(xié)同部署。

因6G通信要向高頻段頻譜資源拓展，6G時(shí)代需要更多基站，“接力”完成信號(hào)傳遞工作。如今，地面基站大多架設(shè)在建筑物頂部。6G網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)地面基站與無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星的通信，那么基站就不僅要面向地面，也要面向空中進(jìn)行信號(hào)傳播。地面、空中、海洋的信道模型都是不同的。地面基站沿著地表進(jìn)行信號(hào)傳播，由于有建筑物、山峰的阻隔，傳播過(guò)程中信號(hào)會(huì)衰減得十分嚴(yán)重，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)雜波。地空信道雖然不會(huì)碰上困擾地面?zhèn)鞑サ母鞣N阻隔物，但因信道的俯仰角較大，每個(gè)角度的傳播特性存在差異。

在空中、地面、海洋傳播信號(hào)時(shí)，6G網(wǎng)絡(luò)會(huì)使用不同的頻率，這些頻率可能形成相互干擾，如何使之“通力合作”是需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

最后，安全性也是6G所繞不開(kāi)的課題。到2030年，數(shù)字世界將與物理世界深度融合，人們的生活將愈發(fā)依賴可靠的網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的安全提出了更高的要求。6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備緩解和抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊并追查攻擊源頭的能力。

6G時(shí)代的“萬(wàn)物互聯(lián)”將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)信息。一方面，這些數(shù)據(jù)關(guān)乎個(gè)人和企業(yè)隱私，實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)是6G推廣應(yīng)用的前提;另一方面，實(shí)時(shí)處理這些數(shù)據(jù)需要成熟的邊緣計(jì)算技術(shù)，而邊緣計(jì)算面臨數(shù)據(jù)訪問(wèn)受限、設(shè)備計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力不足等問(wèn)題。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com