6G定调2030年商用:挑战几何?抓手在哪?
通信产业网|2022-03-25 08:49:41
作者:党博文来源:通信产业网

【通信产业网讯】(记者 党博文)信息技术发展日新月异,在5G正逐步走深走实的当下,6G的研究布局已经悄然拉开大幕。

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日前,第二届“全球6G技术大会”正式召开,在为期3天的会议中,来自全球多个国家的高校及科研机构、电信运营企业、设备制造商等近百位权威专家针对6G毫米波与太赫兹技术、6G愿景与技术需求、6G无线覆盖扩展技术、6G全场景按需服务关键技术等话题展开全面交流和深入讨论,全面展现了6G技术研发的创新思路和最新成果,如今,6G仍处于愿景需求研究及概念形成阶段,6G技术方向及方案仍在探索中,而在汇聚全球6G技术研究力量的大会之上,6G的发展脉络也正逐渐清晰,越辩越明。

研发大幕正式拉开

长期以来,移动通信产业一直是秉承着“使用一代,建设一代,研发一代”的发展节奏,随着5G网络规模化商用,全球针对6G研发的战略布局已全面展开。

目前,世界主要国家和地区均已启动6G研究,通过加大资金投入布局科研项目等措施,加速6G创新技术研发。欧盟提出相对清晰的规划路线图,在2020年三季度完成了6G产学研框架项目;芬兰发布了6G白皮书《面向6G泛在无线智能的驱动与主要研究挑战》,对于6G愿景和技术应用进行了系统性展望;韩国政府提出“引领6G商业化”目标,计划2028年实现全球第一个6G商业用;日本发布B5G推进战略目标2025年完成6G基础技术研究,2030年商用;美国也从2018年开始6G研究,前期研究包括对6G芯片的研究,并在空天海地一体化通信特别是卫星互联网通信开展研究实践。中国也高度重视6G发展,在“十四五”规划纲要中明确提出,要“前瞻布局6G网络技术储备”,先后成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组、IMT2030(6G)推进组,扎实推进6G各项工作,取得了积极进展。

“中国有望在2030年左右实现6G商用。”中国工程院院士、北京邮电大学教授张平指出,4G前移动通信追求的是通信速率,而5G对通信和可靠性、时延方面提出了要求,未来6G将拓展通信空间,实现地面与卫星通信集成、空天地海一体化,通信指标相比5G将有10-100倍提升,将实现厘米级的高精度定位,走向人机物灵充分联合、虚拟结合、智慧涌现的泛在智简网络。

笔者了解到,目前有多重因素驱动6G发展。

一是未来新应用和新场景带来的新需求。5G 商业化激发人们对下一代移动网络的想象和期待。基于生产力和生产关系变革的新业务、新应用和用例不断涌现,对网络数据速率、时延、可靠性、定位精度等性能需求可能超越5G极限。

二是信息、通信和大数据技术(ICDT)的深度融合,驱动6G功能多维扩展,推动网络服务能力和运行效率全面提升。计算和存储等资源将从中心扩展到边缘,网络也将具备内生计算能力和资源感知与控制能力。边缘AI和分布式AI加速发展,促使网络设计考虑AI部署、支持AI应用。数据已成为生活和生产要素,网络设计需考虑数据安全与合规、数据分析与应用、数据安全流通等技术的应用。

三是5G网络面临的问题和挑战。在设计6G移动网络架构时,应继承5G移动网络的成熟技术和理念,深刻吸纳5G网络在系统设计、商业部署和运营经验等方面的教训。5G投资高、功耗高、运维难等挑战需在6G中得到有效解决。 6G智能化业务、沉浸式业务和数字孪生业务等新业务的不断发展,催生“元 宇宙”等典型新业态,对网络及终端提出了更高的信息处理需求,驱动通信网络向感知网络、算力网络和智能网络升级,移动终端向智能体升级。

东南大学教授、紫金山实验室首席科学家尤肖虎在主题演讲中表示,在6G时代,原有5G三大应用场景的关键指标能力将有量级提升,同时还会产生如通感算控融合、天地一体化、联邦AI等新的应用场景,并可能派生出一些新的关键指标体系,包括安全程度、覆盖特性、网络智能化程度等。他还系统介绍了紫金山实验室面向Tbps级传输、Kbps/Hz级频谱效率以及uS级时延的6G TKu实验平台及关键技术进展。

宏观来看,6G在5G的基础上,将从服务于人、人与物进一步拓展到支撑智能体的高效互联,将实现由万物互联到万物智联的跃迁,成为连接真实物理世界与虚拟数字世界的纽带,将持续提升人们的生活品质,促进社会生产方式的转型升级,通过全频谱、全覆盖、全应用、强安全的6G技术,未来6G业务将呈现出沉浸化、智慧化、全域化等新发展趋势,形成沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等业务应用,最终将助力人类社会实现“万物智联、数字孪生”的美好愿景。

然而,正如中国工程院院士邬江兴指出,作为面向2030年之后的智能网联基础设施重要支撑技术,传统的追求覆盖、带宽、延迟等单项技术指标跃升的道路已不适合,6G必须探索和开辟技术性能、成本投入、能源消耗、安全可靠、持续高效等多目标可持续协同发展的新范式。

技术抓手在哪?

事实上,当我们在讨论5G技术和6G技术时,如何界定6G技术和5G技术的范畴是一个很重要的问题,目前6G移动通信处于孕育的初期,愿景需求尚未确定,关键技术未形成产业界共识,相关研究正处在百家争鸣的阶段。

长期以来,推动ICT产业发展的摩尔定律遇到瓶颈,香农极限也已逼近,ICT基础科学和材料还未出现革命性突破,网络架构创新成为解决技术挑战、推动信息通信产业持续发展的关键,5G时代网络的主要创新体现在核心网SBA架构、无线接入网CU/DU分离架构、mMIMO多天线架构等架构创新。

中国联通研究院副院长、首席科学家唐雄燕指出,6G的新兴应用场景对算力度量、感知能力、智能服务、安全能力等网络能力提出了新要求,在无线传输技术未有革命性突破的情况下,网络架构依然会是6G创新的关键。

当前,通信网络IT化、技术体系深度融合成为了明显趋势。SDN/NFV推动通信网络由IP化迈向IT化,5G网络实现全面云化转型、IT与CT深度融合,新一代IT技术ABCDE(Al+BlockChain+Cloud+bigDat++EdgeComputing)正在与通信网络技术实现融合,计算、智能等将成为网络内生能力,同时也有更多的“融合”在发生,如云网融合;固移融合;天地一体化;通感一体;IT+CT+OT等。

6G将是通信网络、感知网络、算力网络融合的智能网络,对其能力评估需要从业务与应用角度出发的综合能力度量准则。

首先,6G是一个信息处理系统,信息处理效率简单定义为在给定信息处理资源条件下,最大的信息处理量。同时,6G是一个信息服务系统,还要进一步定义6G服务和应用全生命周期内的有效信息处理量。有效信息处理量是推动服务与应用的初始状态向目标状态递进的必要信息。

其次,6G通信功能具体分为地面通信与卫星通信两部分,具体性能指标维度与4G、 5G基本一致,包括峰值与体验速率、时延、可靠性、容量(连接数)和覆盖等。相对于5G,相同的指标参数需要进一步量级提升,尤其是确定性,是6G能力的关键指标。

而从频率来看,6G是5G蜂窝技术的后继者,6G网络将能够使用比5G网络更高的频率,并提供更高的容量和更低的延迟,6G网络的目标之一是支持1微秒的延迟通信,这意味着比1毫秒的吞吐量快1000倍,而这也意味着6G有望支持每秒1 TB(Tbps)的速度。这种级别的容量和延迟将是空前的,它将扩展5G应用的性能,并扩展功能范围,以支持无线认知,感测和成像领域中越来越多的创新应用。未来的无线通信网络必须处理每条链路上几十甚至几百个Gbit/s的数据速率,这就需要在未分配的太赫兹(THz)频谱上使用载波频率。太赫兹波是指频谱在0.1~10 THz之间的电磁波,波长为30至3000微米。频谱介于微波与远红外光之间,在其低波段与毫米波相邻,而在其高波段与红外光相邻,位于宏观电子学与微观光子学的过渡区域。太赫兹作为一个介于微波与光波之间的全新频段尚未被完全开发,太赫兹通信具有频谱资源丰富、传输速率高等优势,是未来移动通信中极具优势的宽带无线接入技术。

东南大学教授许威认为,未来的6G技术发展趋势,是在更多的频段、更宽的带宽以及更深的维度进行更广泛的覆盖,最终实现速率更快、传输更稳定,以及更双碳化、更智能化的智能网络的融合体。

中国科学院院士、上海交通大学教授毛军发指出,6G要在3个维度对5G实现质的提升,即更多连接、更广覆盖、更大带宽,前两者可以通过补充基站数量等方式实现连接与覆盖不足的缺陷,然而面向6G的大带宽需求,唯有毫米波太赫兹技术才能实现目标。

还有哪些挑战?

随着5G的持续渗透,移动通信技术与计算技术、感知技术、AI 技术的融合发展,也正在为未来形成的6G技术新生态打下基础。在网络、空口、终端、应用各个层面带来诸多新概念、新技术和新方案。与此同时,通信产业也将与计算产业、感知产业和 AI 产业融合发展,正在 形成新的产业格局,催生更加丰富的终端形态和下游应用。

无疑,6G技术学术研究走向产业愿景需要一个过程,而作为最关键的ICDT融合的6G技术发展,必将带来ICDT融合的6G产业形态。6G产业将与集成电路、基础材料、基础软件、计算机、人工智能、大数据等产业融合发展,其上游产业从设备制造和产品向集成电路、基础器件扩展,中游向基础设施、各类平台和终端聚合,下游则融合通信应用、AI 应用、互联网应用、计算机应用,驱动垂直应用、治理应用和个人应用全新升级,然而ICDT产业发展,面临诸多的挑战,如产业政策体系、人才与学科教育体系、科研体系和基础设施,产业自循环生态环境等。

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与此同时,移动通信每一代的演进都伴随更高频率的使用,为突破应用瓶颈,我们还应在如芯片、光线等硬件工艺实现技术提高,与此同时,以运营商、设备商为代表的通信提供商也要改变整个运营与商业的模式,或将未来的基站引入每一个场景或家庭中,紧贴网络与应用场景的重合。

天津大学教授马凯学认为,从需求角度来看,5G时代对6G的需求无论从速度、流量密度、链接力度等均有更高要求,技术挑战可谓极具前瞻性和牵引性,与此同时,6G时代将要实现从万物互联向万物智联的迈进,其覆盖将从地面覆盖到空天地海一体化网络,从时间、频率、空间、资源的利用和复用,实现全方位无线通信性能的提升,而毫米波和太赫兹的优势是丰富的频谱资源和终端,但容易受到人体遮挡等大幅衰减影响,大带宽和高速率情况下,对于系统性能、灵敏度等都提出极大挑战,因此,围绕应用场景的匹配是毫米波和太赫兹的核心挑战。

无疑,当前6G发展正处于愿景需求形成的关键时期,这就需要各方共同努力,形成合力。

“未来3~5年将成为6G潜在关键技术的窗口期,是抢占通信领域技术制高点和培育产业基础的关键。”在中国移动研究院首席科学家易芝玲看来,我国应继续保持35G时代在国际标准组织中积淀的影响力,加大与相关国际标准组织和平台的紧密合作,扎实做好技术标准储备,为6G国际标准制定布好局,全力推动6G朝着全球统一标准和生态的方向发展。

“要铸牢5G的基础,5G是6G的基础,推动我国5G网络以及应用成功是6G研究的动力,需要从5G的应用挖掘市场,一些的技术也可以提前用到5G来检验。”中国工程院院士邬贺铨指出,我们国家重视6G的研究理所当然,但是也要清醒认识到,不能因为竞争就不深入对6G的需求研究,不下决心做长期的颠覆性的原创技术研究,我们急于跟国外抢进度,脱离市场需要,这样反而战略上被动,我们需要有不受外界左右的定力,坚持开放合作。

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责任编辑:党博文

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