6G正在以多種方式突破技術極限

如果 6G 按計劃發(fā)揮作用，它將為許多垂直細分市場帶來好處。

6G的推出將為很多問題的重大變革和可能性打開大門，但這項技術是否如宣傳的那樣，需要大規(guī)模的協(xié)作努力、對基礎設施的巨額投資，還需要解決一些沒有先例的問題。 多家公司已經(jīng)在研究 6G 技術，目標是最大下載速度達到每秒 1 太比特 (Tb/s)，延遲小于 0.1 毫秒，比 5G 提高了 100 倍。如果按計劃順利進行，6G將徹底改變我們的日常生活和許多垂直行業(yè)，包括農(nóng)業(yè)、智能交通、娛樂、醫(yī)療、工業(yè)領域、公共安全和智慧城市。它還將促進人工智能、VR/AR、語音和大數(shù)據(jù)連接的發(fā)展。 英飛凌科技公司杰出工程師 Steve Hanna 表示：“6G 網(wǎng)絡的新功能將開啟機器人、醫(yī)療保健和工業(yè)應用領域的新應用。” “但這些新應用也帶來了新的、更高的風險。成功的攻擊不僅可能造成不便，還會帶來安全風險。

對于機器人等實時應用程序，僅僅延遲消息的到達就可能會造成災難性的后果。為了應對這些挑戰(zhàn)，6G 供應商需要通過網(wǎng)絡彈性、可信計算和后量子加密解決方案來提高其安全能力。” 盡管如此，通往 6G 的道路比大多數(shù)公司愿意承認的更具挑戰(zhàn)性。最大的問題是，這些障礙能否在 2030 年之前克服，屆時計劃將正式開始推出。

?愿景和優(yōu)勢

如果 6G 按計劃發(fā)揮作用，它將為許多垂直細分市場帶來好處。例如，在智能交通環(huán)境中，支持 6G 的自動駕駛汽車將提供便利和其他好處。V2X/智能基礎設施連接有助于消除可避免的碰撞，并通過優(yōu)化城市交通管理提高駕駛效率。與此同時，6G 智慧城市支持將幫助救護車克服交通堵塞等問題，縮短前往最近醫(yī)院的時間。最終，交通事故和碰撞可以減少到幾乎為零。 然而，要通過智能交通實現(xiàn)更高的效率、便利性和其他優(yōu)勢，還需要一些必備條件，包括全面集成完全聯(lián)網(wǎng)的自動駕駛汽車、實時連接到云端、實時更新的地圖系統(tǒng)、功能齊全的V2X/蜂窩網(wǎng)絡-V2X（C-V2X）和智能城市/智能基礎設施。許多人認為，使這一切成為可能的關鍵構建模塊是 6G，它能夠實現(xiàn)速度和低延遲，從而確保實時連接而不會造成停機。自動駕駛需要的不僅僅是ADAS和AI，它需要超高速的云連接。

圖 1：基于云的汽車服務包括更高的安全性、更好的車內(nèi)體驗、高清地圖和其他遠程服務。來源：恩智浦和 ABI 研究。

隨著互聯(lián)醫(yī)療保健的發(fā)展，它也將期待用于遠程機器人手術的 6G 連接的到來，其中連接必須快速且無中斷?？煽啃允菑娭菩缘?。對于遠程外科手術來說，即使互聯(lián)網(wǎng)中斷幾秒鐘也可能造成災難性的后果。 在這里，整個基礎設施和供應鏈——從高速 6G 芯片到可靠的網(wǎng)絡設備——需要完美地協(xié)同工作。成功部署將使來自世界任何地方的患者，包括欠發(fā)達、偏遠地區(qū)，獲得最好的健康和技術護理。 高速連接有可能支持生命體征監(jiān)測、人工智能、增強現(xiàn)實和機器人技術（包括外骨骼）的全面集成，從而使醫(yī)療專業(yè)人員能夠在全球范圍內(nèi)進行合作。此外，可以共享知識和技術，以便為患者取得更好的結果。 是德科技6G 營銷總監(jiān) Sarah LaSelva 表示：“6G 將擁有比 5G 更好的性能和更快的數(shù)據(jù)速率，這將不可避免地催生新的應用?！?“然而，在現(xiàn)階段的開發(fā)階段，要選出一款能夠成為 6G 殺手級應用的工具是很困難的。

6G的目標是宏偉的。它們的設計目標是影響廣泛，影響更多垂直行業(yè)和應用，并改變?nèi)祟惿畹恼w質(zhì)量?！?6G 的最大影響可能與優(yōu)化有關。LaSelva 表示：“隨著人工智能技術的進步和人工智能原生網(wǎng)絡的市場前景不斷擴大，6G 的目標是以仍然難以掌握的方式優(yōu)化它所涉及的一切?！?“6G 將通過為更多事物添加無線連接來連接人類世界、數(shù)字世界和物理世界——從物聯(lián)網(wǎng)傳感器到可穿戴設備，再到工廠中的機器。這會產(chǎn)生更多可以輸入人工智能算法的數(shù)據(jù)，不僅優(yōu)化我們的無線系統(tǒng)的運行方式，還優(yōu)化與之相連的一切?！?2022年，三星展示了6G速度，在室內(nèi)30米距離處達到12 Gbps，在室外120米距離處達到2.3 Gbps。另外，愛立信一直致力于新頻譜技術的研究，包括支持 7 至 15 GHz 頻率的厘米波 (cmWave)。全球許多組織和大學也在進行6G研究。 如果這一計劃取得成果，這可能會給整個通信行業(yè)帶來福音。市場研究公司 Fact.MR 預計 6G 收入到 2033 年將達到 3000 億美元。但能否實現(xiàn)這一潛力將取決于多種因素，從用戶體驗和采用到基礎設施建設。

?6G 更新

下圖 2 中 5G 和 6G 的比較顯示 6G 正在以多種方式突破技術極限。除了速度和延遲的改善外，6G還將帶來帶寬、效率、可靠性和網(wǎng)絡覆蓋范圍的改善，顯著增強用戶體驗。

圖2：5G和6G屬性對比。來源：“用于自動駕駛的 6G V2X 技術和協(xié)調(diào)傳感”

標準和聯(lián)盟

截至目前，6G 還沒有普遍制定的標準。然而，全球各地正在組建多個 6G 聯(lián)盟。 電信行業(yè)解決方案聯(lián)盟 (ATIS) 與定義 5G 標準的 3GPP 合作，正在嘗試定義 6G。其成員包括許多科技巨頭，如 AT&T、思科、戴爾、愛立信、谷歌、惠普、華為、是德科技、LG、諾基亞、NTT Docomo、高通、三星、T-Mobile、Verizon 等。 此外，北美的 ATIS Next G 聯(lián)盟與 6G-IA（歐洲）、5G 論壇（韓國）和 Beyond 5G 推廣聯(lián)盟（日本）簽訂了合作協(xié)議。韓國已宣布其 K-Network 2030 計劃，其中包括到2028年推出6G網(wǎng)絡商用服務。其他地區(qū)也啟動了6G研究計劃，以幫助推進6G進入商用市場。北美Next G聯(lián)盟正在與美國積極討論。 印度電信部 (DoT) 成立了巴拉特 6G 聯(lián)盟 (B6GA)，以支持公共和私營公司、學術界、研究機構和標準組織之間的合作。

該聯(lián)盟在 2023 年 6 月舉行的國際電聯(lián)日內(nèi)瓦會議期間向聯(lián)合國國際電信聯(lián)盟（ITU）提交了有關 6G 技術框架的意見。其他區(qū)域研究團體和組織也已開始以制定 6G 指南和標準為目標。 聯(lián)合國國際電信聯(lián)盟 (ITU) 無線電通信部門 (ITU-R) 及其 ITU-R IMT-2030 著眼于 2030 年以后。在該框架的初步建議草案中，列出了六種使用場景。它們是沉浸式通信、海量通信以及超可靠和低延遲的通信。新增了三個，包括泛在連接、人工智能與通信集成、傳感與通信集成。 最終，供應鏈中的各個參與者——6G芯片開發(fā)商、設備和基礎設施提供商、軟件開發(fā)商和硬件制造商——需要共同努力，以避免6G碎片化。與此同時，企業(yè)或獨立或合作，力爭成為領跑者。 ?

6G 障礙

6G 的成功實施不會一帆風順，有許多障礙需要克服。明顯的障礙將是建設網(wǎng)絡和移動 6G 基礎設施。盡管 6G 可以建立在 5G 的基礎上，但從 4G 到 5G 的遷移需要很長時間，并且仍在不斷發(fā)展。建設6G基礎設施的成本肯定是非常高的。此外，包括頻譜分配和許多網(wǎng)絡問題需要解決。

?太赫茲波

實現(xiàn)兼具可持續(xù)吞吐量和靈活性特點的太赫茲波將具有挑戰(zhàn)性，整個6G供應鏈的成熟需要時間。 除了 5G、5G+ 和 6G 毫米波應用面臨的基本技術挑戰(zhàn)之外，信號容易受到天氣或任何固體（例如窗戶和墻壁）的干擾，該行業(yè)仍然缺乏需要 6G 功能的殺手級應用，此外，在芯片和小芯片之間以高出兩個數(shù)量級的數(shù)據(jù)速度智能傳輸大量數(shù)據(jù)將面臨挑戰(zhàn)。當然，從架構上定義從設備到邊緣再到數(shù)據(jù)中心的最佳計算平衡也至關重要。此外，消費者對安全、安保和隱私的擔憂將影響技術的接受程度，從而影響技術的采用。

圖 3：6G 時間表 來源：愛立信

?6G測試

6G測試是另一個不容忽視的重要領域。此外，在一個地點成功實施 6G 并不意味著它可以擴展，這有助于解釋為什么一些國家的 5G 速度比美國更快，因為美國的覆蓋面積要大得多。對于 6G，可靠、不間斷的“24/7”網(wǎng)絡服務的期望可能需要花費大量的時間和精力才能實現(xiàn)。 Keysight 的 LaSelva 指出，要在 6G sub-THz（100 至 300 GHz）頻段實現(xiàn) 100 Gbps 或更高的高數(shù)據(jù)吞吐量性能，可能需要利用高階調(diào)制以及 10 至 30 GHz 的寬甚至極端占用帶寬。“支持寬調(diào)制帶寬需要非?？焖俚?a href="http://www.ttokpm.com/tags/模數(shù)轉換器/" target="_blank">模數(shù)轉換器 (ADC) 和具有高動態(tài)范圍和線性度的數(shù)模轉換器 (DAC)，以解決高峰均比的候選 6G 波形。IF/RF/THz 無線電硬件和通道損傷將在寬調(diào)制帶寬上引入顯著的幅度和相位損傷，這可以通過接收機基帶均衡算法來解決。

然而，這種方法需要高時鐘速率和高度實現(xiàn)并行化，這會快速消耗基帶資源?！?測量這些寬帶高速系統(tǒng)的誤差矢量幅度 (EVM) 性能需要高性能測試系統(tǒng)，配備極高速任意波形發(fā)生器 (AWG) 和數(shù)字示波器，以生成和分析具有低殘余 EVM 的寬帶波形表現(xiàn)，她說?！袄?，Keysight M8199A AWG 的采樣率高達 128 GSa/s，四個通道的模擬帶寬為 70 GHz，而該公司的 UXR 數(shù)字示波器的采樣率高達 256 GSa/s，四個通道的模擬帶寬為 110 GHz 。這些儀器為 6G 研究奠定了亞太赫茲測試臺的基礎，使工程團隊能夠評估和測量他們的高速 6G 技術?！?/p>

?安全性

隨著速度的提高和連接的增多，網(wǎng)絡風險的水平也會增加。 在 Next G Alliance 報告《6G 系統(tǒng)的信任、安全和彈性》中，可信網(wǎng)絡的組織是一個生命周期，其中包括對安全性、隱私、可靠性、可用性和功能安全的強有力保證。網(wǎng)絡部署過程應經(jīng)歷標準化、設計、開發(fā)和集成階段。

圖 4：值得信賴的網(wǎng)絡組織是一個生命周期，其中包括對安全性、隱私性、可靠性、可用性和功能安全性的強有力保證。 來源：Next G 聯(lián)盟的“6G 路線圖” ?

對芯片的影響

? 6G發(fā)展的性能要求將對未來的芯片和IP產(chǎn)生重大影響。其中一些障礙包括芯片、IP、小芯片和電源管理的混合。 Schirrmeister 表示：“覆蓋范圍、成本和功耗是從 5G 過渡到 5G+，并最終過渡到 6G 的重要驅動因素。” “在所選頻譜和波束成形等技術的推動下，建筑滲透率顯著阻礙了 5G 覆蓋和室內(nèi)使用。大多數(shù)芯片將基于小芯片，因為不同技術節(jié)點的混合和匹配可能是最好的方法。這一策略可以實現(xiàn)更高的頻譜，并降低為蜂窩網(wǎng)絡供電的設備成本不斷上升，同時仔細管理電力。” 從片上網(wǎng)絡（NoC）的角度來看，海量數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)局部性和計算需求將推動協(xié)議和帶寬需求。 “最重要的是，跨小芯片和相關一致性方面，正確組合 NoC 將確定對 NoC 特性、內(nèi)存、芯片間控制器和 PHY 的要求。

小芯片對于 6G 應用至關重要，因為它們將允許開發(fā)人員為設計的各個部分組合最合適的技術節(jié)點?？紤]用于 HPC 型數(shù)據(jù)計算的先進 3nm、2nm 及更高技術節(jié)點，結合 RF 方面最合適的技術節(jié)點?！?簡而言之，6G 將有多個戰(zhàn)線需要征服，包括實現(xiàn)預期的速度。以 5G 為例，我們看到北美的峰值下載速度為 3.3 Gbps。平均速度要低得多，距離 5G 規(guī)范中的 10 Gbps 目標還很遠。實現(xiàn) 1 Tbps 將更具挑戰(zhàn)性，而且很可能需要更長的時間。 展望未來，數(shù)據(jù)管理是另一個需要更多研發(fā)的領域，因為更多的數(shù)據(jù)將以更高的速度生成。反過來，這將直接影響數(shù)據(jù)存儲要求、網(wǎng)絡安全、流量管理和分析。如果做得不正確，時間、精力和成本都會增加，同時 6G 網(wǎng)絡效率也會低下。

?結論

? 6G 背后的勢頭強勁。雖然該技術提供了許多好處，但成功部署的障礙也不容忽視。其中一些障礙包括實現(xiàn)太赫茲波、6G 基礎設施、6G 芯片的開發(fā)、測試和網(wǎng)絡安全。此外，6G 供應鏈、可擴展性和海量數(shù)據(jù)管理的協(xié)調(diào)也可能具有挑戰(zhàn)性。 到 2030 年實現(xiàn) 6G 是一個雄心勃勃的目標。到達那里可能會很棘手。目前尚不清楚 6G 最終是否會成為所有人都可以使用的無處不在的網(wǎng)絡，或者它是否會成為具有各種速度和修改規(guī)格的區(qū)域網(wǎng)絡的集合。

編輯：黃飛

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