11月16日，工信部發(fā)布《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》），其中將開展6G基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)列為移動(dòng)通信核心技術(shù)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)推進(jìn)工程，提出要構(gòu)建6G愿景、典型應(yīng)用場景和關(guān)鍵能力指標(biāo)體系，鼓勵(lì)企業(yè)深入開展6G潛在技術(shù)研究，形成一批6G核心研究成果。
根據(jù)“每十年更新一代”移動(dòng)通信技術(shù)的產(chǎn)業(yè)規(guī)律，6G技術(shù)的準(zhǔn)備工作需要開啟。在6GANA（6G Alliance of Network AI）第二次會(huì)議上，中國工程院院士鄔賀銓指出，每當(dāng)新一代移動(dòng)通信開始商用時(shí)，更新一代移動(dòng)通信的研究就開始啟動(dòng)，它需要十年時(shí)間經(jīng)過需求提出、標(biāo)準(zhǔn)提出、技術(shù)準(zhǔn)備、試驗(yàn)才能走到商用，因此現(xiàn)在啟動(dòng)6G研究正當(dāng)時(shí)。
6G需要什么樣的傳輸性能指標(biāo)？
0.1~1Gbps、1百萬/Km2連接數(shù)密度、數(shù)十Tbps/Km2流量密度、毫秒級端到端時(shí)延、500+Km/h移動(dòng)性是對5G提出的性能指標(biāo)需求。有專家觀點(diǎn)稱，上述特征依然是6G需要關(guān)注的指標(biāo)，但6G的需求絕不僅限于此。高通技術(shù)市場總監(jiān)Danny Tseng在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)特性將持續(xù)提升，6G將帶來全新水平的速率、時(shí)延、覆蓋范圍和移動(dòng)性等特征，6G也將在智能化、用戶體驗(yàn)、可擴(kuò)展性和易于部署等維度上引入全新特性。”
5G、6G性能指標(biāo)需求對比
通信數(shù)據(jù)是通信系統(tǒng)最重要的表征指標(biāo)之一。紫光展銳首席技術(shù)專家（標(biāo)準(zhǔn)研究）潘振崗在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“在移動(dòng)通信從語音為主轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)為主之后，3/4/5G每代系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率指標(biāo)都是以1個(gè)數(shù)量級進(jìn)行提升，6G也是這樣。”這些指標(biāo)一般情況下特指通信系統(tǒng)的空口速率。而實(shí)際上，用戶端到端的速率體驗(yàn)將會(huì)在這一水平基礎(chǔ)上大打折扣。普通用戶日常狀態(tài)下能夠流暢享受全高清視頻通話的機(jī)會(huì)都不多，空口的極限速率更需要特定的條件支撐。
提升數(shù)據(jù)傳輸速率，需要頻譜資源的支持，需要更高的頻段、更寬的頻譜。“當(dāng)前討論的太赫茲傳輸，基本上是0.1THz以上頻譜，是當(dāng)前得到利用的毫米波頻段（20GHz~80GHz）的節(jié)奏合理的技術(shù)延伸。”潘振崗在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)提出了這樣的觀點(diǎn)。但同時(shí)，他也提到，高頻段的傳輸距離、覆蓋極其受限，這就要求要對太赫茲在未來通信系統(tǒng)中的定位有明確的把握。
通信系統(tǒng)演進(jìn)路線圖
6G需要什么樣的通信芯片？
6G需要性能更優(yōu)的芯片嗎？從當(dāng)前市面上5G手機(jī)普遍搭載的5G通信芯片來看，7nm已成為芯片廠商首選。高通驍龍865Plus、華為海思麒麟990 5G、聯(lián)發(fā)科天璣1000+均采用7nm工藝制程。根據(jù)中國移動(dòng)發(fā)布的2020年《5G芯片評測》，華為麒麟990平均下載速率已經(jīng)達(dá)到800Mbps，高通驍龍865、聯(lián)發(fā)科天璣1000+平均下載速率也達(dá)到700Mbps。
潘振崗認(rèn)為，以目前半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)ξ磥?0年或15年的技術(shù)發(fā)展展望而言，當(dāng)前研發(fā)的芯片能力將能夠繼續(xù)支持移動(dòng)信息系統(tǒng)的發(fā)展需求。潘振崗表示，極高數(shù)據(jù)速率，考驗(yàn)的是數(shù)字基帶芯片的計(jì)算能力和密度，5G時(shí)代使用的是12nmFinFET，預(yù)計(jì)7nm、5nm將延續(xù)較長的時(shí)間，之后將進(jìn)入3nmGAA、2nmGAA時(shí)代。而6G時(shí)代將始于1.5nmGAA，在等效1nm和0.7nmGAA實(shí)現(xiàn)大發(fā)展。
Gartner分析師副總裁盛陵海在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，要進(jìn)一步提升傳輸速率，高耗能是需要解決的關(guān)鍵問題：“這不是通信技術(shù)的問題，而是物理問題。在一定的工藝下，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量更大勢必帶來功耗的提升。所以需要‘兩條腿走路’，一邊提升速度，一邊降低功耗。但現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片已經(jīng)接近物理極限，英特爾規(guī)劃的20A已經(jīng)是原子的物理尺寸級別，在此基礎(chǔ)上再如何實(shí)現(xiàn)提升，便成了問題。”
6G有哪些典型應(yīng)用場景？
賽迪智庫無線電管理研究所曾編撰《6G概念及愿景白皮書》（以下簡稱《白皮書》）。針對6G的未來應(yīng)用，《白皮書》提出了人體數(shù)字孿生、空中高速上網(wǎng)、基于全息通信的XR、新型智慧城市群、全城應(yīng)急通信搶險(xiǎn)、智慧工廠PLUS、網(wǎng)聯(lián)機(jī)器人和自制系統(tǒng)七大應(yīng)用場景。
關(guān)于6G的未來應(yīng)用場景，潘振崗在接受《中國電子波》記者采訪時(shí)指出：“6G應(yīng)當(dāng)滿足‘無界’，即打破各行業(yè)、各領(lǐng)域的專業(yè)壁壘，實(shí)現(xiàn)深度滲透融合，需要根據(jù)用戶需求不同，6G要實(shí)現(xiàn)對頻譜、計(jì)算、存儲(chǔ)資源的靈活調(diào)度。在6G網(wǎng)絡(luò)中，頻譜接入的趨勢是以低頻段為基礎(chǔ)，高頻段按需開啟，實(shí)現(xiàn)低頻段、毫米波、太赫茲和可見光多頻段共存與融合組網(wǎng)，在覆蓋、速率、安全等方面滿足不同的用戶需求。計(jì)算任務(wù)應(yīng)該在終端、邊緣節(jié)點(diǎn)、云端等實(shí)現(xiàn)靈活、實(shí)時(shí)的分割、下放和卸載，以匹配不同節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和能效需求。
此外，潘振崗將“AI”視為6G技術(shù)服務(wù)的核心場景。例如，在醫(yī)療行業(yè)，AI輔助診療/癌癥診斷、醫(yī)療影像智能識(shí)別等需要高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)傳輸；醫(yī)療機(jī)器人需要低時(shí)延高可靠性的傳輸數(shù)據(jù)。在交通行業(yè)，AI技術(shù)應(yīng)用在智慧橋梁健康監(jiān)測與運(yùn)維管理，智能航道技術(shù)、智慧碼頭、無人駕駛以及無人機(jī)配送等方面?；诖罅總鞲衅骱蜋C(jī)器人的檢測數(shù)據(jù)收集，事故問題定位以及移動(dòng)硅基預(yù)測是這些領(lǐng)域的突出需求。對于仿真設(shè)計(jì)，基于VR、AR技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸通道；對于個(gè)性化生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)控，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)積累的大量且有價(jià)值的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，需要低時(shí)延高可靠性的傳輸通道。而要滿足上述場景需求，潘振崗認(rèn)為，幾個(gè)領(lǐng)域的新指標(biāo)尚需重新定義，包括數(shù)字孿生等級、空天覆蓋能力、計(jì)算能力、智能級別、感官指標(biāo)、存儲(chǔ)能力級別等。
AI應(yīng)用的性能需求
圖源：紫光展銳中央研究院《6G白皮書》
此外，也有專家認(rèn)為，引領(lǐng)6G發(fā)展的核心場景不僅限于支持AI應(yīng)用。高通技術(shù)市場總監(jiān)Danny Tseng在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“AI和機(jī)器學(xué)習(xí)賦能的端到端通信，頻譜擴(kuò)展和共享，新的無線空口設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通信系統(tǒng)的彈性以及物理世界、數(shù)字世界與虛擬世界的融合將成為引領(lǐng)6G之路的六大重點(diǎn)研究領(lǐng)域。”
6G要實(shí)現(xiàn)空天海地一體化？
更高頻率、更高傳輸速率帶來的直接結(jié)果便是覆蓋面積受限。而物聯(lián)網(wǎng)、AI等新技術(shù)的應(yīng)用，必然對通信的全域覆蓋效果提出了更高的要求。在潘振崗看來，“全域覆蓋”實(shí)際上包括了兩個(gè)不同方向的通信覆蓋能力的延伸。一是向外的延伸，即空天地海一體化。二是向內(nèi)的延伸，即體域網(wǎng)、新的人機(jī)交互等方面。
空天地一體化網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)
圖源：紫光展銳中央研究院《6G白皮書》
“要實(shí)現(xiàn)空天地海一體化，衛(wèi)星、高空平臺(tái)等的引入是必要條件。”潘振崗在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，“近20年，地面移動(dòng)通信系統(tǒng)走過了3G、4G、5G，這深刻影響且改變?nèi)藗兊纳睢Ｏ啾戎?，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的歷史更為悠久，而最近幾年，隨著oneweb、starlink的興起，衛(wèi)星通信又一次進(jìn)入大發(fā)展前夜。”
盛陵海在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，衛(wèi)星通信將可能成為6G發(fā)展的重要方向?，F(xiàn)階段，很多偏遠(yuǎn)地區(qū)都沒法布局到5G、4G基站，要實(shí)現(xiàn)“全域覆蓋”，衛(wèi)星通信可能是解決之道。但若布局衛(wèi)星通信，又會(huì)面臨著組網(wǎng)和維護(hù)成本、維修難度、軌道密集度、國際合作等在內(nèi)的新問題。“整合衛(wèi)星通信接收地面站、布局檢查系統(tǒng)都會(huì)比4G、5G復(fù)雜得多。再者，組網(wǎng)問題如何解決，全球這么多運(yùn)營商，是否需要各自發(fā)送衛(wèi)星？這都是需要面臨的問題。”盛陵海在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)提出了對衛(wèi)星布網(wǎng)的疑問。潘振崗表示，6G需要重點(diǎn)考慮的是，如何將兩條不同發(fā)展軌道的技術(shù)融為一體。最完全的融合模式是全面融合，即從組網(wǎng)到空口，完全實(shí)現(xiàn)無感對接。簡單的形式是網(wǎng)絡(luò)各自獨(dú)立發(fā)展，通過多模終端完成多系統(tǒng)支持。
全域覆蓋，對終端測的工程實(shí)現(xiàn)能力的挑戰(zhàn)相對較小。對于基帶處理能力而言，由于衛(wèi)星通信的速率相對地面系統(tǒng)較低，因此不存在額外挑戰(zhàn)。射頻方面，需要考慮毫米波及更高頻段、大帶寬的支持能力，另外還需要考慮大規(guī)模相控陣天線涉及的TR組件。
“全域覆蓋對系統(tǒng)側(cè)的影響非常大。需要考慮星上計(jì)算、存儲(chǔ)，星間通信鏈路/組網(wǎng)，還需要考慮宇航級的高性能處理器、大規(guī)模存儲(chǔ)器，星間激光/THz通信等。”潘振崗在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)這樣介紹道。
上述領(lǐng)域目前都存在技術(shù)瓶頸?？梢詮膬蓚€(gè)方面來解決：一是增強(qiáng)芯片自身的抗輻射、抗高低溫能力，需要從材料、工藝、封裝等方向解決。二是在設(shè)計(jì)上考慮極大的冗余、糾錯(cuò)方案。因?yàn)槿魏我环N方案都決定了星上系統(tǒng)的處理能力無法跟地面系統(tǒng)相比擬，進(jìn)而也會(huì)約束衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部分系統(tǒng)性能指標(biāo)定義。此外，對于如何利用好頻譜，提升多頻段利用效率，也要重新規(guī)劃6G系統(tǒng)的架構(gòu)，促進(jìn)各頻譜資源各司其職，合理使用。例如提升射頻器件的多頻段支撐、靈活可配能力，設(shè)立更加智能的頻譜感知、動(dòng)態(tài)共享的規(guī)則、機(jī)制等。
