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【5G時代】在未來,6G意味著什麼?

文:項立剛

5G之後的6G技術,現有國家已經開始研究。相對5G的革命性變化,6G應該是5G技術的完善、強化以及進一步優化和提升。

這和從3G到4G的演進是一樣的。3G是從數位通信時代走向數據通信時代。2G雖然也有數位通信能力,但主要是發短訊和來電顯示,上網是一個非常次要的能力,用戶使用數據的量也非常小,電信公司的核心網路、計費體系都以語音為基礎。進入3G之後,雖然語音還是非常重要,但網路不再是一個以語音為核心的網路,數據業務成為重要業務,核心網路和計費體系是一個以數據為核心的體系。從2G到3G,對於通信網路來說是一次革命,是一個全新的轉換。

不過,客觀來說,3G的網路速度還比較慢,4G則大大提升了網路速度,讓用戶體驗有了極大的改善。我們可以將4G理解成一次技術演進,只是網路速度提升了,它的基礎架構和基本能力與3G相比沒有革命性的變化。甚至大量的4G業務,也是在3G的基礎上漸漸做起來的。只不過隨著4G的到來,這些業務的效率得到較大提升,迎來爆發期。

5G在技術上提出了更多的訴求,速度要快,功耗、延遲要低。相對於4G網路,5G對整個網路結構進行調整與重建,而且核心網路、管理與計費體系也會發生巨大變化。在5G基礎上形成的業務,不再僅限於訊息的傳輸,而是智慧互聯網,這個網路由移動互聯、智慧感應、大數據、智慧學習等整合形成新的能力,可以說是一個革命性的變化。5G革命,體現的是技術、管理、計費、業務模式、商業模式、業務形態諸多方面的巨大改變。

那麼,5G是不是能讓所有願景都實現,達到完美的感受與體驗呢?顯然不是。5G也會經歷一個長期演進的過程,逐漸從網路、管理體系等各個方面不斷提升,因此,從這個意義上說,6G不會再次進行技術革命,在體系上做革命性改變,而是在5G的基礎上,根據實際營運情況,發現新問題,或針對5G存在的不足加以完善。

【5G時代】在未來,6G意味著什麼?

圖:Pixabay

6G會讓網路進一步融合

目前,移動通信網路和衛星網路是兩個獨立的網路,各自營運,不能起到相互融合補充的作用。6G有可能出現天地一體化的趨勢,一個網路不僅可以通過地面基地台進行陸地覆蓋,還能藉由低軌道衛星和高軌道衛星進行共同組網,在地面上透過眾多的直放站、小基地台進行深度覆蓋。而網路的融合,可以兼顧面與點,經由高軌道衛星和低軌道衛星,保證了面,在地球的任意一個角落,都可能有網路存在;同時,在人口密集地區或當前網路不夠密集的地區進行深度覆蓋,並且可以深入到地下,比如地鐵、隧道、停車場、礦山等信號較差的特殊場所。

除了地表之下一定的深度能夠被覆蓋之外,水下通信在6G時代也應該能實現,並成為整個網路覆蓋體系的一部份。比如,在近海、江河、湖泊中,水體品質、水下植物、水下生物、水下養殖產品、水體溫度變化、水中營養物含量、汙染物含量、水下堤壩位移度等諸多領域,都需要監測,而水下監測如果有網路覆蓋,將在很大程度上提升監控和管理能力。6G還可以在採集海洋相關數據,監測環境汙染、氣候變化、海底異常、地震火山活動,探查海底目標,以及水下遠距離圖像傳輸,甚至軍事領域發揮重要的作用。很顯然,在4G和5G時代,水下網路覆蓋根本沒有被考慮,6G時代應進行規劃並取得突破。

具體來說,水下無線通信可以採用水下電磁波通信、水聲通信和水下量子通信等多種技術。頻率高於100KHz,能夠輻射到空間的高頻電磁波射頻(Radiofrequency, RF),在水下無線通信中會有較大機會。通過技術能力的提升,達到100Kbps以上的數據的高速傳輸成為可能,還可以抵抗噪聲的影響,實現相對較低的延遲和低功耗,並且有較高的安全性。射頻通信有可能成為水下無線通信的重要選擇。此外,水下雷射通信和下中微子通信也將成為廣受關注的技術,但這些技術還需要不斷完善。

6G要邁出的重要一步,是通過衛星、地面站、小基地台、水下基地台等技術和方式,把天空、地面、地下、水中都聯成一個整體,讓網路真正的泛在。對通信業來說,實現這些能力目前還有不小的挑戰,這些網路要想聯成一個整體,形成新的商業模式,還有許多必須改進和完善的地方。

【5G時代】在未來,6G意味著什麼?

圖:Pixabay

採用更多的頻譜提升效率與能力

為了實現更大的頻寬,必須把更多的頻譜用於移動通信。在5G時代,800/900MHz被用於物聯網IoT頻段,3.4GHz~3.6GHz、20GHz~60GHz的頻譜都被考慮用作5G,從而大大增加了可使用的頻譜,提升了網路容量和頻寬。

6G網路需要更大的頻寬,6G的峰值速度會達到100Gbps,而5G的峰值速度只有20Gbps,單信道頻寬也會達到1GHz,而5G的單信道頻寬只有100MHz,通過多個1GHz的頻寬進行組合,最後可以實現100Gbps的速度。要實現單信道1GHz的頻寬,較低頻段的頻譜顯然不足以支撐,這就必須要把更多的頻譜拿出來用作移動通信,毫米波已經在5G時代開始採用,可以預計,在6G時代兆赫茲(THz)波將進入人們的視野。

兆赫茲波的波長在3μm~3000μm,頻率為0.1THz~10THz,是介於微波與光波之間的電磁波,兼具微波通信和光波通信的優點,這在一定程度上賦予了它和其餘電磁波不同的特性,即傳輸速度高、容量大、方向性強、安全性高及穿透性強等。

頻率越高通信容量就越大,這是通信領域的基本原理。兆赫茲波的頻率比目前使用的微波要高一到四個數量級,它能提供10Gbps以上的無線傳輸速度──這是微波無法達到的高度──對解決訊息傳輸受制於頻寬的問題有較大的好處。

兆赫茲波用於遠距離傳輸,顯然很難有好的效果,但今天的通信網路基本上是由光纖網路構建而成的骨幹傳輸網路,用基地台來延伸光纖網路形成移動網路,用戶可以在不同的基地台進行隨意切換,做到隨時隨地不掉線,又可以支撐高速度。未來的移動通信網路,是大範圍的蜂巢式移動網路,需要進行遠距離大範圍覆蓋,蜂巢會越來越小。未來的網路會是在一個龐大的光纖網路下,通過以家庭為主要單位的眾多小基地台,形成一個超高密度、超高速度、密集佈建的網路體系。在這個體系中,人口密集地區要實現高速度傳輸,兆赫茲技術能利用高速度、大容量和高穿透性,實現辦公和家庭環境的佈建。

電磁波頻段越高,繞射、穿透的能力就越差,毫米波很難有穿透能力,因此在城市裡,無論是辦公還是家庭環境佈建都存在較大問題,而兆赫茲技術因為接近光波,具有較好的穿透性,同時它不需要和其他行業爭搶頻譜,故而可以實現大頻寬。正是因為這些特性,兆赫茲技術特別適合在城市人口密集地區的辦公和家庭環境進行佈建,這些地方距離不是問題,但頻寬和穿透性卻是大問題。

【5G時代】在未來,6G意味著什麼?

圖:Pixabay

通信網路更加智慧化

未來,AI功能會越來越多地引入通信網路,將其變成一個智慧化的網路。

在傳統的通信網路中,管道、管理、業務三位一體由電信公司提供,但電信公司只承載語音一種業務,管理也非常簡單化。到了5G時代,網路會變得更加複雜。如果我們修建多個通信網路,也就是建立多個管道體系,不僅會大大增加社會成本,社會資源也不夠。舉一個簡單的例子。城市有電力、電信、汙水等多個系統,都需要管道,如果每一個系統都自己建設一個管道,不但成本高,而且管理起來非常困難,這就需要用一個管道來共享資源。

隨著5G的發展,通信網路遠不再是人類之間進行語音通信的網路,也不只是可以提供上網業務的網路,還會承載大量的物聯網業務、城市管理業務、智慧交通業務、智慧家庭業務,而且不同業務的安全性、優先級、資源分配都是不同的。這樣的一個網路,必須建立起強大的智慧化管理模式,對不同的業務和用戶進行智慧化管理。基於此,必須在網路中融入AI技術,對不同的用戶、用戶行為和終端進行識別,並在此基礎上進行資源分配和資費管理。

一個值得探討的問題是,未來的6G網路,是一個複雜的網路體系,對資源的要求極高,那麼是否需要在一個國家建立幾個網路呢?一方面資源非常有限,另一方面網路之間的互相干擾也是很大的問題。當網路深入到社會的每一個角落時,如果一個角落覆蓋三套或更多網路,不僅浪費資源,網路的品質也會受到影響。

基於此,6G時代應該探索在一個國家只建設一個全覆蓋的網路,如此一來,不僅可以充份利用資源,減少每一個地方配置幾套設備的浪費,還可大大減少站址租用的成本,也避免了網路之間的干擾。這樣的一個網路,品質更高,佔用的資源更少,對用戶的影響也會更小。

【5G時代】在未來,6G意味著什麼?

圖:Pixabay

當然,也不可能把多個營運商合併為一個,完全沒有競爭,這就需要網路和業務進行分離:多家營運商利用同一個網路提供各自的業務。電信公司的競爭力,主要體現在管理、平台、研發、營運、服務和維護等方面的能力,因為各自的能力不同,提供的服務水準有差異,用戶才有不同的選擇。

電信公司在網路上建立自己的業務管理平台、計費平台、收費平台、業務支撐平台(BSS)和客戶服務平台,然後向個人用戶、企業用戶、機構用戶提供不同的產品和服務。用戶可用一個ID進行身份識別,同時使用多種不同的業務,用戶不必每一個業務註冊一個ID,即一個ID,多種業務,一筆費用。

網路也可以通過AI技術進行用戶身份識別,然後根據不同的用戶身份和終端,提供不同的網路資源和安全保證。

屆時,一個國家只有一個通信網路,多層次疊加多種網路能力,電信公司拚的不再是網路能力,而是研發、管理、營運、服務能力,這些應該是6G時代整個網路在營運管理上的新變化。

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上文節選並改編自《5G時代:什麼是5G,它將如何改變世界》

【5G時代】在未來,6G意味著什麼?

《5G時代:什麼是5G,它將如何改變世界》

作者:項立剛

出版社: 三聯書店

出版時間:2019年12月

(點擊書封,了解詳情)

責編:Zero Cheung

編輯:Esther Wang

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