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6G可能是什么？

2020-10-26 19:34:57 資料庫

在過去三十年里，全球資料流量始終在經歷無休止增長，甚至無停止趨勢，國際電信聯盟（ITU）曾經預測，按照目前的趨勢來看，直到2030年全球移動資料流量每年增長速率將會達到55%，這個數字可能看起來并不直觀，我們簡單做一下翻譯：2025年左右，全球移動資料流量可能達到607 EB，2030年達到5016 EB （1EB=106TB）；從今年到2030年，全球移動資料流量將會提升100倍，這并不是一個小數字，

v2-377ad18015496df163d670b3fbf9ac73_b.jpg /> </div> <figcaption> 來源：思科 </figcaption> <p>這也是我們認為6G可能會在2030年左右誕生的現實基礎-----從古至今，人類始終有不可遏制的資料渴求，我把它叫做“資料/資訊饑渴”，這自然而然是移動通信系統代際變化的源動力：</p> <p><b>用戶對通信需求的提升是每一代移動通信系統要滿足的首要目標，而新的通信技術是驅動每代移動通信系統變革的技術動力，兩者缺一不可</b>，</p> <p>2030年是一個學術和產業界都認可的里程碑（當然我們其實只能預測），</p> <p>于是很多學者和公司都試圖在今年開始探討6G，對6G布局，vivo通信研究院在今年發布了《數字生活2030+》白皮書，全文分析了11個方面，呈現了29個場景，其中采用了大量的腦洞和案例，試圖用未來的生活預測倒推未來通移動系統指標，這是一個很好的嘗試，</p> <p>雖然產業界和大眾對未來生活的腦洞比較偏向想象，但不被束縛的想象會帶來很多未來十年可能出現的應用場景，這也會對通信技術研究趨勢帶來一定啟發，<b>比如“體貌孿生試衣魔鏡”和虛擬試衣-----快速虛擬試衣鏡在未來十年非常有可能實作，而這些“殺手級”卻很有可能被通信研究人員忽略，</b></p> <p style=

v2-15d50b6f711cb2546de73bff24a3b5db_b.jpg /> </div> <figcaption> 虛擬試衣 </figcaption> <p>但是正如我之前所說，每一代移動通信系統的演進，都是由用戶需求和技術發展共同決定的，單單用戶需求并不能完全域定下一代移動通信系統的演進趨勢，更重要的其實是，</p> <p><b>從技術角度，目前通信的技術發展能支持我們在6G做到什么</b>？</p> <p>這是vivo的白皮書忽略，而我試圖在本文中回答的問題，</p> <h2>1.泛在智能與集體AI</h2> <p>很多人曾經跟我說過，他們期望的通信是用戶不可見的，也就是說<u><b>無論何時、任何人走到哪里，都能隨心所欲地傳遞資訊</b></u>，這就是整個通信行業的大遠景之一“泛在通信”，但是這個通信愿景并未鏈接到現物體驗，從個人需求來看，所有人其實都期望自己的居住環境更智能，這也是目前智慧城市、智慧家庭、智慧社區概念興盛的由來，</p> <p>在未來十年里，通信行業普遍認為，人類生活將會呈現智能設備廣泛部署，這些智能設備能夠以最少的人工干預進行最優決策，我們周圍的一切將會非常智能，<b>甚至于可能能夠智能操縱編解碼、信號處理和感知通信結構</b>，也正是基于這種判斷，在目前幾乎所有6G論文里都認為<b><u>AI將會成為6G不可缺少的一部分，從而形成“泛在智能”</u></b>，</p> <p>從另一方面說，隨著智能設備的廣泛部署和終端計算能力越來越強大，AI模型的訓練和推理將很有可能下放到微基站或者網路邊緣節點（比如霧聯網fog-RAN），<b>分布式AI訓練和推理可能會成為未來主流</b>，這和目前5G網路并未過多考慮AI訓練相反，6G中很有可能會實作<b>“集體AI”</b> ------各個終端有望訓練部分模型，通過網路傳輸帶資料中心之后再進行模型整合，</p> <p>這樣就利用低延遲、高帶寬的通信技術把原本的單設備智能組合形成智能設備群，利用群體決策來實作更加可靠高效的“泛在智慧”，</p> <p ><br /></p> <p style=

v2-6ed973fd0d4f02b464f27092778119a5_b.jpg /> </div> <p ><br /></p> <h2>2.網路內生安全</h2> <p>估計很多同學并不清楚，當前通信系統的安全性主要來自于<b>網路不同層級的安全協議</b>，比如大家很常見的加密協議，應用層主要采用HTTPS協議，傳輸層可能采用SSH協議-----這是一種“<b>外掛式”和“補丁式‘</b>的思想，</p> <p>“外掛式“安全配置并非不好，但是正因為基礎網路本身設計時并未考慮安全標準，導致目前的移動通信系統在身份認證、接入控制方面暫時存在比較多的挑戰和威脅，實際上，這種威脅正是物理SIM卡沒有被eSIM卡替代的重要原因之一，</p> <p>因此，通信行業從業者期望6G網路不在依靠傳統的、打包補丁式安全方案，希望能夠讓6G網路存在內生安全支持，在網路協議設計之初，就可以從用戶、基站、邊緣側來構建整體安全體系，當然，具體的實作方式有很多種，我這里不在贅述，</p> <p style=

v2-e38cdb799cf5e8a9b9f678e52bd0201e_b.jpg /> </div> <figcaption> 5G 身份認證面臨的主要安全問題及 6G 潛在解決途徑 </figcaption> <h2>3.基于雷達背景關系的通信感知一體化</h2> <p>從整個電子工程行業的兩大應用，雷達和通信本身來說，正在呈現一體化趨勢，</p> <p>我這里提到的一體化，并非單單指代電子設備或者電磁波發射平臺的一體化，其實上隨著毫米波雷達的快速發展，越來越多毫米波雷達呈現小型化、民用化趨勢，很多雷達也小到足夠嵌入用戶設備中，</p> <p>比如Google的Project Soli—--Google把毫米波雷達制作成芯片，嵌入手機終端，這樣可以識別手勢動作，從而隔空操作手機，</p> <p ><br /></p> <p style=

v2-8f14fdba7cc7539980f258a307a00a99_b.jpg /> </div> <p>從另一方面來看，5G中通信本身正在探索毫米波頻段的商業可行性，相信隨著整個毫米波產業鏈越來越成熟，十年以內毫米波通信設備成本有望大幅度降低，這樣，在6G中通信和雷達射頻有望在同一個用戶終端同時出現，而得益于毫米波頻段電磁波的強方向性、低繞射能力，整個通信的信號處理也越來越向雷達信號處理靠攏-----<b>這正是通信感知一體化的趨勢基礎</b>，</p> <p>發射一個波形同時完成通信和感知功能，這既能滿足未來物聯設備對本體環境感知的要求，也能滿足未來物聯設備通信的基本需求，同時還能夠降低成本，可以說是一舉三得，</p> <p>如果我們更深入想一層，當雷達和通信設備同時存在于一個終端上時，雷達可以為通信提供基本的資訊，比如用戶可以通過雷達設備的觀測來識別和定位潛在通信物件，從而更方便的完成波束賦形等等通信演算法，或者可以呼叫更多物理層安全策略來保護通信不受干擾，</p> <p ><br /></p> <h2>4.基于智能超材料的可編程無線電環境（沒錯，目前非常火的智能反射表面RIS就是其中一種）</h2> <p>其實關于超材料的天線和射頻器件已經研究了二十多年，但是并未對通信本身造成太大影響，這歸根到底是因為目前實驗室和產業鏈并不成熟，但是最近幾年，市面上出現了越來越多基于超材料的天線，比如柔性天線和流體天線，</p> <p ><br /></p> <p style=

v2-7ef3a05390ffad9ff00d7753caf42834_b.jpg /> </div> <figcaption> 液體天線 </figcaption> <p>愛立信已經完成可彎曲柔性天線的商業化制作，相信未來不久大家就會在家里看到相應的產品，而液體天線不僅僅可以彎曲，也可以在不被施加壓力的情況下變化成各種形狀，甚至能在被裁斷之后自我修復，這對密閉空間中的天線設計會帶來很大增益，</p> <p>另一種大有可為的超材料就是設計大型的智能反射表面（RIS），實作可以編程的無線環境，這里需要稍微解釋一下，智能反射表面是一種可以通過電流控制通斷，從而影響電磁波反射相位的表面材料，換一句更加通俗的話，智能反射面可以改變電磁波的電磁特性，從而影響周圍的傳播環境，</p> <p style=

v2-18d34e84a4f539929d45a7951f363fa2_b.jpg /> </div> <p>比如在屋頂鋪設RIS，可以通過編程配置無線電黑盒，或者加強屋頂信號向某一個方向的反射增益，從而起到中繼的作用，實際上，RIS改變的不僅僅是傳播特性，很多人認為它有望改變目前通信產業的無線收發器架構，這樣不需要出傳統射頻鏈路中的混頻或者本振，就可以有效完成無線電信號調制-----這大大降低了通信成本，</p> <h2>5.大容量電池+低功耗終端解決方案</h2> <p>這一項其實并不僅僅是通信技術，鑒于目前整個通信產業中用戶對手機（終端）側的感知最強，所以我把這一項單獨拿出來說，</p> <p>我們在每一代通信都認為，用戶設備的能力定義了每一代通信設備，這對6G依然如此，在本文中我們一開始就認為，6G很有可能會和AI深度融合，這樣對用戶設備來說，提出了吧比較高的計算和功耗要求，用戶設備往往比以往更加耗電，傳統的收發器組件主要基于半導體材料，比如硅和砷化鎵（GaAs），這些材料會產生很多熱量，但是功耗比相比對比較低的CMOS放大器往往很難提高超過300GHz，這意味著它們很難支持6G的大帶寬和計算密集應用，</p> <p>其實從另一個技術路線來看，大容量電池并不一定真的成真，但是至少快充和充電正在如火如荼發展，這是另一種生態，或許如果有一天，我們的手機在任何地方能夠快速充電，大容量電池也許真的并不需要，</p> <p style=

v2-bfae6a5946293bc1a5d65240da14c5c9_b.jpg /> </div> <p>vivo今年設計了獲得紅點設計獎的可分離鏡頭系統，這種模塊化實作也許同樣能給低功耗終端提供一些思路-------拆掉一些無用模塊，或許也可以降低用戶功耗，</p> <p ><br /></p> <h2>Ending</h2> <p>我們其實并不能預測每一代通信到底如何發展，但是在10年前的今天，我們卻能夠參與學術界和產業界關于6G實作形態的大討論中貢獻自己的觀點，沒有人是預言者，相信所有人總會有遺漏之處，但這同樣并不影響我們對未來技術的追逐，真理始終應該越辯越明，相信如果有一天，大家就6G實作形態達成共識的時候，或許就是我們開始6G標準化的時候，那時才是真正的開始，</p> <p></p> <p></p> </div> </div> </div><script src=

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