项立刚:6G来了,会是什么样子?

来源:中新网 编辑:李 丹2019-11-08 18:25:24
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  11月3日,科技部会同发改委、工信部等组织召开6G技术研发工作启动会。会议宣布成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组,标志中国6G技术研发工作正式启动。对此,有网友感叹:5G我还没用上,6G都开始研发了。

  事实上,全球科研人员已经启动了与6G相关的早期工作。2019年3月24~26日,全球第一届“6G无线峰会”在芬兰召开。随后据韩国媒体报道,韩国主要移动运营商SK电信公司在6月12日和13日先后与芬兰诺基亚公司和瑞典爱立信公司签署了谅解备忘录,联手提升商用5G网络的性能,并开发6G相关技术,以便在下一代移动通信技术领域抢占先机并探索新的商业模式。

  中国华为公司消费者业务CEO余承东近日在接受采访时表示,6G正在研发中,估计还需要10年时间。

  2G时代,虽然也有数字通信能力,但上网是一个非常次要的功能,用户使用数据的量也非常小。电信运营商的核心网络、计费体系都是以语音为基础的。

  3G从数字通信时代走向了数据通信时代。虽然语音还是非常重要,但不再是核心。数据业务成为重要业务,核心网络和计费体系也是以数据为核心的体系。这对于通信网络来说,是一次革命。

  不过,3G的网络速度还是比较慢,4G则大大提升了网速,让用户体验有了极大的改善。4G的基础架构和基本能力与3G相比,算不上革命,只是一次技术演进。大量的4G业务,是在3G的基础上渐渐做起来的,只不过随着4G的到来,这些业务的效率得到了很大的提高。

  5G可以说是一个革命性的改变。它不仅要求速度提升,在功耗、时延上也有更多的诉求。相比4G,5G要进行整个网络结构的调整与重建,核心网络、管理与计费体系也会发生巨大变化,甚至计费规则也要进行调整。在5G基础上形成的业务,不再仅限于信息的传输,而是由移动互联、智能感应、大数据、智能学习等整合形成的新能力。5G革命,是技术、管理、计费、业务模式、商业模式、业务形态等诸多方面的巨大改变。

10月31日,重庆一手机售卖点销售的5G手机。当日,中国5G正式商用,三大电信运营商公布了5G套餐。/p中新社记者 陈超 摄

10月31日,重庆一手机售卖点销售的5G手机。当日,中国5G正式商用,三大电信运营商公布了5G套餐。中新社记者 陈超 摄

  现在研究6G的人,并不知道什么是6G,因为6G标准的最后确定,是需要国际电信联盟讨论认定的。现在的研究者只是对需求、技术、能力做出分析,形成可能性。那么,在5G已经解决了高速度、泛在网、低功耗、低时延、万物互联、安全问题的基础上,人类对于移动通信还有哪些需求呢?

  移动通信发展到今天,最大的瓶颈是需要频谱。频谱是有限的,虽然理论上我们有大量的频谱可以使用,但是高品质的频谱并不多。要实现大数据量的信息传播,就需要使用高波段的频谱。卫星使用Ka波段的频谱,带宽是宽了,但是抗干扰是一个大问题。

  有没有可能超越频谱进行移动通信?量子通信就是一个可能性,即通过量子纠缠技术进行信息的传递。目前人类还没有实现真正的量子信息传递,它的能力主要还是加密,但如果使用量子纠缠进行信息传播,就能让人类在移动通信领域跳过频谱的限制,实现突破。

  另一方面,人类并非通过神经系统直接获取信息,而是通过眼、耳、鼻、舌这些器官,对信息进行感知、收集,再传输到神经系统,进行信息存储和处理。这不但效率较低,还会有很多信息丢失,或是出现信息的扭曲和变化。

  同时,人类的信息存储主要通过脑细胞进行,它的稳定性也比较差,到了一定的年龄就不再生长,而且还会自然老化和死亡。让信息传输更直接,让信息存储更稳定,是人类未来必须要面对的一个选题。打通人的神经系统,用芯片来进行存储,用芯片来实现人脑信息沟通,是人类发展的重要一步。这个领域要实现真正意义上的突破,是一个漫长的过程,但一定是6G努力的方向。

  目前,移动通信网络和卫星网络是两个独立的网络,各自运营,不能相互融合补充。6G时代,可能出现天地一体化的趋势,一个网络不仅可以通过地面基站进行陆地覆盖,还可以通过低轨道卫星和高轨道卫星进行共同组网,在地面上通过众多的直放站、小基站进行深度覆盖。这种网络的融合可以兼顾面与点,卫星保证了地球的任何一个角落都可能有网络存在。

  同时,在人口密集地区,或当前网络不够密集的地区,甚至地面以下,如地铁、隧道、停车场、矿山等信号较差的特殊场所,也能进行深度覆盖。

  过去,水下网络覆盖根本没有被考虑,6G时代可进行规划并取得突破,让水下通信成为整个网络覆盖体系的一部分。比如,在近海、江河、湖泊中,水体品质、水下生物、水下养殖产品、水体温度变化、水中营养物含量、污染物含量、水下堤坝位移度等诸多领域都需要监测。水下监测如果有网络覆盖,将在很大程度上提升监控和管理能力。

  6G还可以在采集海洋数据,监测环境污染、气候变化、海底异常、地震或火山活动,探查海底目标,水下远距离图像传输,甚至军事领域,发挥至关重要的作用。

  具体来说,水下无线通信可以采用水下电磁波通信、水声通信和水下量子通信等多种技术。频率高于10kHz,能够辐射到空间的交流变化的高频电磁波射频(Radiofrequency,简称RF),在水下无线通信中会有较大机会。

  通过技术能力的提升,达到100kbps以上的数据高速传输成为可能,还可以抵抗噪声的影响,实现相对较低的时延和低功耗,并有较高的安全性。射频通信有可能成为水下无线通信的重要选择。此外,水下激光通信和水下中微子通信也将成为广受关注的技术。

  6G的重要一步,就是通过卫星、地面站、小基站、水下基站等技术和方式,把天空、地面、地下、水中联成一个整体,让网络真正地泛在。这些能力对通信业来说,目前还有不小的挑战。这些网络要想联成一个整体,形成新的商业模式,还有许多需要改进和完善的地方。

  为了实现更大的带宽,必须把更多的频谱用于移动通信。在5G时代,800/900MHz被用于物联网IoT频段,3.4~3.6GHz、20~60GHz的频谱都被考虑用作5G,从而大大增加了可使用的频谱,提升了网络容量和带宽。