本文來自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫。
imec研發(fā)連接副總裁Michael Peeters解釋了為什么現(xiàn)在是決定6G成敗的關(guān)鍵時(shí)刻。
即使是從事移動(dòng)通信行業(yè)的人，也會(huì)這樣的疑問：現(xiàn)在開始研究下一代硬件是不是為時(shí)過早？畢竟，6G的標(biāo)準(zhǔn)化可能要到2025年左右才開始。在那之后，至少還有五年時(shí)間來開發(fā)所需的技術(shù)。如果我們分配充足的預(yù)算和人才，這肯定沒有問題吧？
的確，對(duì)于許多創(chuàng)新來說，有足夠的時(shí)間。正如我們?cè)谇皫状苿?dòng)連接中看到的那樣，一旦就技術(shù)要求達(dá)成一致，設(shè)備制造商、系統(tǒng)集成商、運(yùn)營(yíng)商和研究機(jī)構(gòu)的共同努力就可以并將其實(shí)現(xiàn)。
但也有一些時(shí)間受限的任務(wù)。意思是：即使為了達(dá)成任務(wù)投入了更多的錢或更多的勞動(dòng)力，但是這些也不會(huì)加速人物完成。法規(guī)的修訂不能跳過正當(dāng)程序的任何步驟，沒有捷徑可走，創(chuàng)建一個(gè)全新的半導(dǎo)體技術(shù)平臺(tái)也是如此。
這意味著如果我們希望解決方案在我們制定6G標(biāo)準(zhǔn)時(shí)變得成熟，我們需要立即開始解決這些問題。而且毫無疑問，我們將需要這些創(chuàng)新。它們都是針對(duì)當(dāng)前技術(shù)水平的數(shù)量級(jí)改進(jìn)，就是我們所需要6G性能：速度、延遲和能源效率。
imec相信現(xiàn)在是時(shí)候開始致力于硬件創(chuàng)新的時(shí)候了,為了達(dá)到：
●頻譜（和基礎(chǔ)設(shè)施）共享
●cell-free massive MIMO(大規(guī)模分布式多輸入多輸出系統(tǒng))
●通信與傳感的融合
●轉(zhuǎn)移到更高的頻率
頻譜和基礎(chǔ)設(shè)施共享
云計(jì)算的成功表明，共享基礎(chǔ)設(shè)施是提高整體性能和靈活性的一種經(jīng)濟(jì)有效的方式。但在網(wǎng)絡(luò)世界中，類似的商業(yè)模式起步緩慢。有運(yùn)營(yíng)商共享基礎(chǔ)設(shè)施的例子。在美國(guó)，他們中的一些人正在探索5G覆蓋的許可頻譜共享。盡管如此，頻譜和基礎(chǔ)設(shè)施孤島仍然是常態(tài)。想要打破這種局面,需要運(yùn)營(yíng)商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)做出改變——這是一項(xiàng)時(shí)間比精力更緊迫的任務(wù)。
展望6G，忽視頻譜共享可以帶來的收益是非常不聰明的想法。下圖說明了單獨(dú)隔離不共享的方法如何浪費(fèi)了大量空間，如果系統(tǒng)協(xié)作以有效地平鋪時(shí)頻域，則可以充分利用這些空間。
頻譜孤島會(huì)導(dǎo)致頻譜尺寸過大和浪費(fèi)
當(dāng)我們使用具有非常有針對(duì)性的光束和有限散射的極高頻率的系統(tǒng)時(shí)，特定接收器的干擾機(jī)會(huì)要小得多。這意味著有更多的資源分配空間——以及更高的效率收益。
通過DARPA挑戰(zhàn)和最近的ESA研究項(xiàng)目CODYSUN，我們已經(jīng)掌握了所需的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。但是運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)需要在硬件方面進(jìn)行一些改進(jìn)。只有在邊緣AI領(lǐng)域取得重大飛躍才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
cell-free massive MIMO
如果沒有不間斷的服務(wù)，6G的許多用例是不可想象的。想想機(jī)器和人類靈活協(xié)作的工廠車間：即使是連接中的微小故障也會(huì)帶來嚴(yán)重后果，甚至可能導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)。但是由于超高頻信號(hào)，如果沒有極其密集的接入點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，就無法實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。
最適合實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的無線電架構(gòu)——大規(guī)模分布式多輸入多輸出系統(tǒng)MIMO——長(zhǎng)期以來一直被定義為具有大量接入點(diǎn)的中央CPU，這些接入點(diǎn)直接連接到用戶設(shè)備。最近，一種很有前途的新模式浮出水面，可以減輕基礎(chǔ)設(shè)施的負(fù)擔(dān)：共享總線，有點(diǎn)像連接所有接入點(diǎn)的電纜帶。這將大大降低大規(guī)模分布式多輸入多輸出系統(tǒng)MIMO的成本。
為了使這項(xiàng)技術(shù)為6G做好準(zhǔn)備，需要做出重要的設(shè)計(jì)選擇，包括接入點(diǎn)中的計(jì)算集成、同步、供電等。還需要構(gòu)建和測(cè)試第一個(gè)原型和演示器。為了簡(jiǎn)化這項(xiàng)任務(wù)，imec開發(fā)了其開源IEEE 802.11 Wi-Fi基帶FPGA設(shè)計(jì)。這還增加了時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)功能。
通信與傳感的融合
一旦部署了密集的分布式基礎(chǔ)設(shè)施，為什么不將其用于通信之外的其他用途呢？畢竟，無線傳感和通信是同一枚硬幣的兩個(gè)方面。要破譯未知數(shù)據(jù)，就必須考慮到傳輸通道。但是，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是已知的，您可以使用數(shù)據(jù)中的變化來確定發(fā)送者和接收者之間發(fā)生了什么——例如他們的相互距離或用戶之間和周圍的對(duì)象。
傳感數(shù)據(jù)可用于通過提供空間上下文來改善和豐富交流。它是智能工廠或游戲室或辦公室中的增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用程序的理想設(shè)置。
聯(lián)合通信和傳感的概念非常簡(jiǎn)單。但它的實(shí)現(xiàn)將被證明是復(fù)雜的，尤其是在硬件方面。我們需要立即著手解決諸如載波和時(shí)鐘同步、CPU復(fù)雜性、功耗和分配以及雙工操作等問題。
轉(zhuǎn)移到更高的頻率
所有這些成就都圍繞著最大的挑戰(zhàn)：向超高頻邁進(jìn)——超過100 GHz。這將意味著更高的帶寬、更多的方向性、更多的動(dòng)態(tài)頻譜共享機(jī)會(huì)，以及由于更小天線,在同一空間中有更高的天線增益。
為了實(shí)現(xiàn)所有這些優(yōu)點(diǎn)，需要在最基本的硬件級(jí)別上進(jìn)行根本改進(jìn)，即射頻設(shè)備中的晶體管。最重要的是，我們必須面對(duì)這樣一個(gè)事實(shí)，即優(yōu)質(zhì)的成熟硅無法經(jīng)濟(jì)高效地處理我們向往的高頻率。
如果有一個(gè)這樣的射頻前端模塊：
足夠小，可以放入時(shí)尚智能眼鏡等，限制可能的天線數(shù)量
將其功耗限制在10W，甚至更低
那么唯一有效的材料是磷化銦(InP)。
目前，用于移動(dòng)應(yīng)用的成熟且具有成本效益的InP技術(shù)還不存在。一旦實(shí)現(xiàn)，我們?nèi)詫⒚媾R將其與CMOS集成的挑戰(zhàn)，這仍然是數(shù)字信號(hào)處理(DSP)等組件的最佳選擇。
在其高級(jí)射頻計(jì)劃中，imec正在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。目標(biāo)是開發(fā)成熟、低成本、大容量和硅兼容的InP射頻器件。這是一個(gè)在外延、器件、電路等層面上需要幾個(gè)學(xué)習(xí)周期的過程……同樣，等待不是一種選擇。
一起讓它成為現(xiàn)實(shí)
真正具有顛覆性的6G提供了幾乎無法想象的社會(huì)效益，而不僅僅是通信。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要能夠提供數(shù)量級(jí)收益并需要時(shí)間來開發(fā)的技術(shù)。這就是為什么imec認(rèn)為現(xiàn)在就開始解決這些問題的原因。
“英特爾最終需要俄亥俄州，但在目前的情況下，延遲6個(gè)月對(duì)他們來說可能是最糟糕的事情，”他補(bǔ)充道。“也許他們只是建了一兩棟樓，而不是他們最初計(jì)劃的8棟。過去6個(gè)月世界發(fā)生了變化，事情并不像看起來那么美好。經(jīng)濟(jì)形勢(shì)正在改變市場(chǎng)。”
