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6G，预计2030年开始普及

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6G，预计2030年开始普及

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6G，预计2030年开始普及

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6G 可能是第一代机器通信比人际通信更重要的时代 。
6G 预计将于 2030 年开始普及 ， 而 5G 的持续进步将缩小蜂窝技术与 6G 的差距 ， 使得 6G 初期部署更接近一次技术升级 。 但这只是起点 ， 后续 6G 将展现更大潜力：连接更多设备、实现显著更高的数据速率 ， 并支持当前技术无法满足的、对消费者有吸引力的新服务 。
不过 ， 6G 的诸多细节仍待解决 ， 包括各国频谱分配、不同应用的最佳频率 ， 以及对旧技术的支持程度等 。 在 6G 正式亮相前的五年里 ， 升级工作将逐步推进 。
这其中就包括 AT&T 的 5G+ ， 其预计将提升 5G 性能并增加单个基站可处理的设备数量 。 西门子数字工业软件解决方案网络专家 Ron Squiers 提到：“3GPP Release 17 在 ProSe（近距离服务）和侧链通信的定义中 ， 更广泛地加入了点对点通信 ， 这对 V2X（车对万物）等技术至关重要 。 我认为 ， 随着 5G 的首次实例化 ， X 并未真正广泛部署 ， 而这些技术将发挥更大作用 ， 尤其在与智慧城市互动时 ， 如 V2X、V2 行人、V2 基础设施等方面 。 ”
还有 5G Advanced（或称 5.5G） 。 Ansys 5G/6G 项目总监 Shawn Carpenter 表示：“这是我们目前推进和设计的中间技术步骤 ， 能让我们获得额外频谱和 3GPP 原计划提供的功能 —— 此前因兼容性问题 ， 这些功能未被大规模融入网络 。 这将缓解消费者对被迫进入新的技术节点、不得不为新手机付费的担忧 。 我们需要巧妙保留传统设备 ， 继续进行兼容性设计 。 世界多数国家已进入 5G 时代 ， 向 6G 转型时将面临类似问题 。 在该领域成功的关键 ， 是能将 6G 突破性技术融入仍能让五年前手机用户享受良好服务的形式中 ， 这种兼容性将持续给服务推出方带来压力 。 ”
从这一角度看 ， 6G 将在近乎实时的数据传输中提供更高可靠性和超低延迟 ， 为新一代垂直应用（尤其是工业 4.0）奠定基础 。 相比之下 ， 5G 的目标是提升数据吞吐量和带宽 ， 包括通过 “网络切片” 或专用网络（由公共运营商或私有服务提供商运营） ， 在单一物理网络中同时支持车载关键交通信息和视频流等不同需求 。
英飞凌指出 ， 最终 5G 将通过移动无线电 ， 借助物联网和工业物联网实现万物互联与自动化 。 5G Advanced 节点将包含 C 波段和中波段的多用户大规模 MIMO 。 因此 ， 当 6G 真正落地时 ， 它将实现 5G 未兑现的承诺 ， 以及更复杂的边缘 AI 。
西门子的 Squiers 认为：“机器对机器的通信模式将成为主流 ， 机器人、基础设施、智能城市以及旧金山周边的 Waymo 出租车等 ， 都将发挥边缘计算的作用 。 ”
事实上 ， 6G 可能是第一代机器通信比人际通信更重要的时代 。 普渡大学校长、近期获 IEEE 创始人奖章的 Mung Chiang 表示：“机器间的边缘计算将真正普及、可扩展 ， 并广泛应用于多个垂直领域 。 应用层面的挑战在于 ， 如何思考人机交互和使用需求之外的不同应用领域 。 ”
图 1：5G 新空口（NR）及向 6G 扩展中的间歇性机器对机器通信 。 来源：普渡大学 6G 全球路线图分类报告


频谱和频率挑战传统上 ， 每代新移动技术的开发与推出约需 10 年 ， 但周期正不断压缩 。 如今 ， 从国际移动通信（IMT）目标设定到全面实现约需五年 。
需解决的技术问题之一是各区域的频谱分配 。 Squiers 称：“频谱是复杂问题 ， 涉及如何改革 6GHz 以下频段以支持未来 5G 和 6G 。 美国国家电信和信息管理局（NTIA）与联邦通信委员会（FCC）负责美国频谱使用管理 ， 但这一切需通过与世界无线电大会（WRC）等国际组织的条约谈判确定 ， 而通过 IMT 2030 ， 这些谈判正在推进 。 例如 ， WRC 已同意 2027 年为 6G 分配 7 至 8.5GHz 频段 ， 但该频段仍在变化中 。 ”
亚太赫兹和太赫兹频段（涵盖 100GHz 至 10THz）对 6G 及更高级别发展至关重要 。 Cadence 指出：“这些频率将补充 6GHz 以下、中频段和毫米波等较低频段频谱 。 6G 太赫兹通信提供可观带宽 ， 能有效应对无线网络当前面临的频谱稀缺挑战 ， 为每秒太比特（Tbps）的无线连接开辟可能 。 ”
图 2：5G 和未来 6G 应用的频谱范围 。 来源：Cadence


Ansys 的 Carpenter 认为：“大概在 2030 年到 2035 年 ， 我们才会开始看到 6G 设备的真正推出 ， 尤其是 6G 将带来更多频谱 。 WRC 和 FCC 正在探索额外替代频段 ， 包括中高频段 。 这给军方带来一些问题 ， 他们需腾出部分频谱用于商业用途 。 ”
6G 的推出复杂度尚不明确 。 弗劳恩霍夫 IIS/EAS 高效电子部门负责人 Andy Heinig 表示：“如果 6G 更节能 ， 它将取代 5G ， 但目前尚不明确 。 目前 ， 每个新标准都需要更多能源 ， 从这一角度看 ， 继续使用旧标准有意义 。 在欧洲 ， 由于其他标准所需频段 ， 非常老旧的标准会被关闭并取代 。 我预计 ， 若继续使用 5G ， 6G 的 IP 成本初期可能更高 ， 这是最终客户或技术提供商需承担的费用 。 ”
要发挥 6G 的真正潜力 ， 需支持毫米波技术的更高频率 。 Heinig 说：“这可能是不同技术的混合搭配 。 若要达到 28、34、38GHz ， 需采用更具体技术 ， 成本也会更高；另一方面 ， 需要更多数字处理或数据处理能力 。 若真想使用新频段 ， 需更多类型芯片满足频率要求 。 我不确定不使用新频段能否合理发展 6G ， 但确实需要这种新芯片技术 ， 或更多芯片技术支持 。 ”
从芯片设计角度 ， 即将推出的频段众多（28GHz、38GHz、40GHz 甚至 60GHz） ， 支持所有频段是挑战 。 Heinig 称：“最终可能只选择一两个频段 。 至 60GHz） ， 支持所有频段是挑战 。 Heinig 称：“最终可能只选择一两个频段 。 全球互操作性也可能存在问题 ， 不同国家使用不同频段 ， 因此需要高度灵活性 。 由于需高度集成系统 ， 我们肯定会遇到多物理场问题 。 ”
人们曾希望毫米波频段的超宽带在 28 和 39GHz 良好运行 ， 但情况可能改变 。 Carpenter 说：“我们现在看到 AT&T、Verizon 和 T-Mobile 等运营商在这些频段的频谱许可证到期 。 几年前他们花费数十亿美元获得该频谱使用权 ， 如今却不再保留 ， 因为安装和开发毫米波设备成本太高 ， 且覆盖距离大幅缩短 —— 频率提高 10 倍 ， 覆盖范围、有效半径和带宽都会缩小 10 倍 。 要解决这一问题 ， 必须提高密度 ， 在更多基站安装更多接入点 ， 成本极高 。 此外 ， 毫米波频段产生射频能量时会产生更多热量 ， 因射频和毫米波对电子设备要求更高 ， 会浪费更多能源和热量 。 因此 ， 超宽带可能用于更集中的应用 ， 如体育场、火车站和地铁站 —— 这些地方人流密集 ， 天线系统在视线范围内 ， 能确保环境中不会有大量回声、多径干扰接收器和自干扰 。 这类技术仍有用武之地 ， 但许可证、需求和用例将集中在这些高密度、人口密集的开放空间区域 。 ”
还需确定最新 Wi-Fi 协议的频谱 。 Synaptics 低功耗边缘 AI 高级产品经理 Ananda Roy 表示：“Wi-Fi 7 开放了 6.0 频谱 ， 该频谱在全球多个地区正接受监管审查 ， 但已获美国联邦通信委员会（FCC）批准 。 欧洲迈出一大步 ， 开放了部分 6GHz 频谱用于 Wi-Fi 运营；亚洲一些国家（如印度和日本）也开放了 6GHz 频谱 ， 中国尚未开放 。 未来 Wi-Fi 将在 2.4GHz、5GHz 运行 ， 也将在 2.45GHz 和 6GHz 运行 。 这使更多设备能接入 Wi-Fi 网络 ， 支持更密集应用 。 比如在酒店或多户住宅等房屋相邻区域 ， 可让多个 Wi-Fi 设备在近距离共存 。 这将从 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5 的几台设备 ， 转变为 Wi-Fi 6 的二三十台设备 ， 如今甚至可让数百台设备在近距离运行 —— 这就是 6GHz 的作用 。 ”
技术采用新技术的采用速度差异很大 ， 5G 就是明显例子 ， 其在不同国家和社会领域的普及差异巨大 ， 6G 的差异可能更大 。
西门子的 Squiers 说：“如果你生活在中国 ， 凭借自上而下的政府和行业合作 ， 几乎可以一夜之间建成智慧城市 。 说到全面实现 5G 潜力 ， 我认为中国正在逐步实现其目标 。 在美国 ， 5G 潜力尚未完全实现 ， 移动宽带和远程医疗等超可靠通信领域的部分功能已实现 。 5G 兑现潜力的最佳案例或许是工厂中的机器对机器通信 —— 我们在将 5G（尤其是 5G 专网）融入工厂环境 ， 用于自动导引车和与工厂机器人通信方面做得很好 。 鉴于美国目前形势 ， 这只会加速推进 ， 我们将在短期内看到更多此类应用 。 ”
普及速度缓慢的原因有很多 。 首先 ， 在一些高度工业化国家 ， 电信选择更多 。 Squiers 补充：“此外 ， 监管环境使运营商难以随意架设天线 ， 需要经过一系列流程 ， 包括获取土地、安装基站及扩建以支持新天线 —— 这些新天线对 5G 所需新频谱至关重要 。 许多基站像圣诞树一样 ， 在现有基站上悬挂了更多天线 。 此外 ， 就办公空间而言 ， 小型基站部署速度不如预期 ， 工业企业中 Wi-Fi 部署仍占主导 。 5G 应在某些区域（尤其是高层建筑）开始取代 Wi-Fi ， 但这需要时间 。 ”
Ansys 的 Carpenter 认同基础设施是问题之一 。 “5G 系统是完整系统 ， 涵盖数据传输、天线系统、相关技术 ， 还包括服务提供商的计费机制等 。 尤其在北美 ， 我们面临蜂窝网络革命兴起时的基础设施问题 —— 当时已部署铜线基础设施 ， 全身心投入蜂窝网络不划算 ， 因为家家户户仍有电话 。 但在缺乏此类基础设施的新兴地区 ， 情况不同 ， 他们无需铺设铜线 ， 可直接采用无线技术 。 这正是北美存在的问题：我们在 4G 甚至早期 5G 通信中投入不少 ， 但北美（或许还有欧洲）的运营商重点是增加 5G 服务 ， 同时确保不疏远使用 3G、4G 和 4G LTE 服务的用户 。 而其他一些地区的文化或新兴地区 ， 未在 3G 和 4G 技术上投入太多 ， 也无需被迫确保与旧设备的兼容性 。 ”
Carpenter 解释 ， 迄今为止 3G、4G 和 5G 的混合部署 ， 必须与部分运营商的 5G 独立组网（5G SA）服务分离 。 “一些客户服务提供商不得不拆除并更换投入巨额资金的传统设备 ， 安装完整的 5G 独立组网设备 ， 以实现当前 3GPP 对 5G 定义的所有强大功能 。 ”
T-Mobile 是全力投入 5G 的公司 。 Carpenter 指出：“T-Mobile 选择不纠结兼容性问题 ， 真正聚焦 5G 功能并大力推进 。 如今 ， 其用户享受到的服务获得很高满意度 ， 带宽良好 ， 全国网络覆盖相当不错 —— 这并非易事 ， 他们必须下定决心、全力推进并安装设备 ， 不必过多担心向后兼容性 ， 如今正在收获成果 ， 其他一些运营商也在努力追赶 。 ”
总体而言 ， 更快部署可推动美国技术普及率提升 。 普渡大学的蒋教授说：“很多应用是反复试验的过程 ， 没人能完全准确预测人们或机器将如何使用它 。 你只需部署、调整 ， 并从已部署技术中学习 ， 就像上世纪 90 年代初中期 —— 当时路由器和 DSL 宽带普及 ， 支持了各种应用程序 ， 几年后雅虎、亚马逊和谷歌相继出现 ， 人们开始学习在应用层提供价值 ， 这是因为物理层和 Mac 层已部署完毕 。 ”
图 3：按主要目标部署环境组织的 6G 技术重点领域 。 来源：普渡大学 6G 全球路线图分类报告


在可预见的未来 ， 从 3G 到 6G 的普及仍将参差不齐 。
结论尽管 6G 网络可能复杂且昂贵 ， 但肯定会出现像当今互联网一样不可或缺的用例 。
西门子的 Squiers 指出 ， 支持 VR 全息图等未来范式需要巨大带宽 。 “没有 6G 就意味着放弃这类目标和商业机会 ， 我认为不会出现这种情况 。 5G 是一大步 ， 我们确实取得很多成就 。 就像任何事情一样 ， 这些都是连续过程 ， 5G 的一个版本与 6G 之间不一定是阶跃函数 ， 它会随着技术突破和进步逐步发展 。 ”
Ansys 的 Carpenter 表示同意 ， 一个不可思议的未来即将到来 。 “它或许诞生于麻省理工学院、印度理工学院的宿舍 ， 或欧洲、东南亚的顶尖大学 ， 但未来会出现需要强大计算能力的应用 。
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