“十四五”規劃提出構建愿景，該著手準備6G了！
http://www.sharifulalam.com 2021-11-17 10:59 來源：中國電子報
11月16日，工信部發布《“十四五”信息通信行業發展規劃》（以下簡稱《規劃》），其中將開展6G基礎理論及關鍵技術研發列為移動通信核心技術演進和產業推進工程，提出要構建6G愿景、典型應用場景和關鍵能力指標體系，鼓勵企業深入開展6G潛在技術研究，形成一批 6G核心研究成果。
根據“每十年更新一代”移動通信技術的產業規律，6G技術的準備工作需要開啟。在6GANA（6G Alliance of Network AI）第二次會議上，中國工程院院士鄔賀銓指出，每當新一代移動通信開始商用時，更新一代移動通信的研究就開始啟動，它需要十年時間經過需求提出、標準提出、技術準備、試驗才能走到商用，因此現在啟動6G研究正當時。
6G需要什么樣的傳輸性能指標？
0.1~1Gbps、1百萬/Km2連接數密度、數十Tbps/Km2流量密度、毫秒級端到端時延、500+Km/h移動性是對5G提出的性能指標需求。有專家觀點稱，上述特征依然是6G需要關注的指標，但6G的需求絕不僅限于此。高通技術市場總監Danny Tseng在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“無線通信技術的基礎特性將持續提升，6G將帶來全新水平的速率、時延、覆蓋范圍和移動性等特征，6G也將在智能化、用戶體驗、可擴展性和易于部署等維度上引入全新特性。”
5G、6G性能指標需求對比
通信數據是通信系統最重要的表征指標之一。紫光展銳首席技術專家（標準研究）潘振崗在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“在移動通信從語音為主轉為數據為主之后，3/4/5G每代系統的數據速率指標都是以1個數量級進行提升，6G也是這樣。”這些指標一般情況下特指通信系統的空口速率。而實際上，用戶端到端的速率體驗將會在這一水平基礎上大打折扣。普通用戶日常狀態下能夠流暢享受全高清視頻通話的機會都不多，空口的極限速率更需要特定的條件支撐。
提升數據傳輸速率，需要頻譜資源的支持，需要更高的頻段、更寬的頻譜。“當前討論的太赫茲傳輸，基本上是0.1THz以上頻譜，是當前得到利用的毫米波頻段（20GHz~80GHz）的節奏合理的技術延伸。”潘振崗在接受《中國電子報》記者采訪時提出了這樣的觀點。但同時，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中的定位有明確的把握。
通信系統演進路線圖
6G需要什么樣的通信芯片？
6G 需要性能更優的芯片嗎？從當前市面上5G手機普遍搭載的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、聯發科天璣1000+均采用7nm工藝制程。根據中國移動發布的2020年《5G芯片評測》，華為麒麟990平均下載速率已經達到800Mbps，高通驍龍865、聯發科天璣1000+平均下載速率也達到700Mbps。
潘振崗認為，以目前半導體領域對未來10年或15年的技術發展展望而言，當前研發的芯片能力將能夠繼續支持移動信息系統的發展需求。潘振崗表示，極高數據速率，考驗的是數字基帶芯片的計算能力和密度，5G時代使用的是12nmFinFET，預計7nm、5nm將延續較長的時間，之后將進入3nmGAA、2nmGAA時代。而6G時代將始于1.5nmGAA，在等效1nm和0.7nmGAA實現大發展。
Gartner分析師副總裁盛陵海在接受《中國電子報》記者采訪時表示，要進一步提升傳輸速率，高耗能是需要解決的關鍵問題：“這不是通信技術的問題，而是物理問題。在一定的工藝下，傳輸的數據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。但現在半導體芯片已經接近物理極限，英特爾規劃的20A已經是原子的物理尺寸級別，在此基礎上再如何實現提升，便成了問題。”
6G有哪些典型應用場景？
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的未來應用，《白皮書》提出了人體數字孿生、空中高速上網、基于全息通信的XR、新型智慧城市群、全城應急通信搶險、智慧工廠PLUS、網聯機器人和自制系統七大應用場景。
關于6G的未來應用場景，潘振崗在接受《中國電子波》記者采訪時指出：“6G應當滿足‘無界’，即打破各行業、各領域的專業壁壘，實現深度滲透融合，需要根據用戶需求不同，6G要實現對頻譜、計算、存儲資源的靈活調度。在6G網絡中，頻譜接入的趨勢是以低頻段為基礎，高頻段按需開啟，實現低頻段、毫米波、太赫茲和可見光多頻段共存與融合組網，在覆蓋、速率、安全等方面滿足不同的用戶需求。計算任務應該在終端、邊緣節點、云端等實現靈活、實時的分割、下放和卸載，以匹配不同節點的計算能力和能效需求。
此外，潘振崗將“AI”視為6G技術服務的核心場景。例如，在醫療行業，AI輔助診療/癌癥診斷、醫療影像智能識別等需要高質量的影像數據傳輸；醫療機器人需要低時延高可靠性的傳輸數據。在交通行業，AI技術應用在智慧橋梁健康監測與運維管理，智能航道技術、智慧碼頭、無人駕駛以及無人機配送等方面。基于大量傳感器和機器人的檢測數據收集，事故問題定位以及移動硅基預測是這些領域的突出需求。對于仿真設計，基于VR、AR技術進行數據傳輸時，需要高質量的數據傳輸通道；對于個性化生產和質量監控，工業互聯網積累的大量且有價值的生產數據，需要低時延高可靠性的傳輸通道。而要滿足上述場景需求，潘振崗認為，幾個領域的新指標尚需重新定義，包括數字孿生等級、空天覆蓋能力、計算能力、智能級別、感官指標、存儲能力級別等。
AI 應用的性能需求
此外，也有專家認為，引領6G發展的核心場景不僅限于支持AI應用。高通技術市場總監Danny Tseng在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“AI和機器學習賦能的端到端通信，頻譜擴展和共享，新的無線空口設計，可擴展網絡架構，通信系統的彈性以及物理世界、數字世界與虛擬世界的融合將成為引領6G之路的六大重點研究領域。”
6G要實現空天海地一體化？
更高頻率、更高傳輸速率帶來的直接結果便是覆蓋面積受限。而物聯網、AI等新技術的應用，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”實際上包括了兩個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。二是向內的延伸，即體域網、新的人機交互等方面。
空天地一體化網絡總體架構
“要實現空天地海一體化，衛星、高空平臺等的引入是必要條件。”潘振崗在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“近20年，地面移動通信系統走過了3G、4G、5G，這深刻影響且改變人們的生活。相比之下，衛星通信系統的歷史更為悠久，而最近幾年，隨著oneweb、starlink的興起，衛星通信又一次進入大發展前夜。”
盛陵海在接受《中國電子報》記者采訪時表示，衛星通信將可能成為6G發展的重要方向。現階段，很多偏遠地區都沒法布局到5G、4G基站，要實現“全域覆蓋”，衛星通信可能是解決之道。但若布局衛星通信，又會面臨著組網和維護成本、維修難度、軌道密集度、國際合作等在內的新問題。“整合衛星通信接收地面站、布局檢查系統都會比4G、5G復雜得多。再者，組網問題如何解決，全球這么多運營商，是否需要各自發送衛星？這都是需要面臨的問題。”盛陵海在接受《中國電子報》記者采訪時提出了對衛星布網的疑問。潘振崗表示，6G需要重點考慮的是，如何將兩條不同發展軌道的技術融為一體。最完全的融合模式是全面融合，即從組網到空口，完全實現無感對接。簡單的形式是網絡各自獨立發展，通過多模終端完成多系統支持。
全域覆蓋，對終端測的工程實現能力的挑戰相對較小。對于基帶處理能力而言，由于衛星通信的速率相對地面系統較低，因此不存在額外挑戰。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模相控陣天線涉及的TR組件。
“全域覆蓋對系統側的影響非常大。需要考慮星上計算、存儲，星間通信鏈路/組網，還需要考慮宇航級的高性能處理器、大規模存儲器，星間激光/THz通信等。”潘振崗在接受《中國電子報》記者采訪時這樣介紹道。
上述領域目前都存在技術瓶頸。可以從兩個方面來解決：一是增強芯片自身的抗輻射、抗高低溫能力，需要從材料、工藝、封裝等方向解決。二是在設計上考慮極大的冗余、糾錯方案。因為任何一種方案都決定了星上系統的處理能力無法跟地面系統相比擬，進而也會約束衛星通信系統的部分系統性能指標定義。此外，對于如何利用好頻譜，提升多頻段利用效率，也要重新規劃6G系統的架構，促進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，設立更加智能的頻譜感知、動態共享的規則、機制等。
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