看了這些6G原型樣機，我想一覺睡到2030年
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沒想到，5G還沒全面鋪開，關(guān)于6G的消息就越發(fā)頻繁了。
這一次，6G的研發(fā)呈現(xiàn)出一種與以往不同的情況——
除了各高校、三大運營商、通信基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的華為中興等，來自手機廠商的聲音也越來越多、越來越提前了。
國內(nèi)這方面最早的消息，是2020年10月vivo發(fā)布了6G系列白皮書。而其內(nèi)部6G項目啟動據(jù)了解是在2019年就已啟動。
OPPO與小米情況也相似，OPPO的首份白皮書發(fā)布于2021年7月，小米則是今年6月。
在通信行業(yè)，有著用白皮書的形式梳理近期進展、呼吁行業(yè)達成共識的傳統(tǒng)，每一份白皮書都代表技術(shù)進展的一個關(guān)鍵節(jié)點。
具體來說，每一代通信技術(shù)的第一輪白皮書通常是以展望未來愿景，提出與討論初步發(fā)展方向為主。
接下來將是一段時間的深入研究和試驗驗證，進一步細化技術(shù)路線。
于是就在最近，vivo再次引領(lǐng)了新階段進展。
除了白皮書、提出6G系統(tǒng)總體框架之外，還率先對外展示了一系列6G核心技術(shù)原型機——
包括通信感知一體化的無線呼吸監(jiān)測與目標(biāo)測距測速，基于反向散射的極低功耗通信，以及AI通信四臺原型樣機。
△vivo通信研究院實驗室
雖然這些原型機還在初期階段、只在實驗室環(huán)境下得到驗證，但它們已經(jīng)傳達出一個信息——
6G不只是更快的5G
首先要說的，是6G技術(shù)中的通信感知一體化。
通感一體，說的是把無線感知和無線通信集成到一起，共享相同的頻率，使用同一套硬件完成。
vivo通信研究院院長秦飛介紹，通信與雷達的共通之處就在于電磁波。
以往雷達波不攜帶任何信息，只是感知空間內(nèi)物體運動造成的電磁場變化，而通訊波則不做感知只傳輸數(shù)據(jù)。
隨著通信波頻率的提高、算力的提高，經(jīng)過一系列波形設(shè)計、多天線技術(shù)、通信解調(diào)算法與感知算法設(shè)計、干擾消除等技術(shù)處理，在6G中就能做到合二為一。
△vivo通信研究院院長 秦飛
通感一體的一個應(yīng)用場景是無線呼吸監(jiān)測。
由于人體呼吸時胸腔的起伏對無線信號產(chǎn)生的影響，接收信號的信道沖激響應(yīng)也會發(fā)生周期性的變化，根據(jù)這個原理就能通過計算得到呼吸頻率。
△vivo通信研究院通信預(yù)研組總監(jiān)姜大潔介紹通信感知一體化的呼吸監(jiān)測原型樣機
支持呼吸監(jiān)測場景的通信感知一體化原型樣機頻點是3.6GHz。在進行感知的同時網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸也不受影響。
未來，這套系統(tǒng)可以擴展到實時心率監(jiān)測，以及在一定范圍內(nèi)感知老人是否跌倒等智能家居和健康養(yǎng)老等場景，連智能手環(huán)都不用帶了。
△通信感知一體化—-呼吸監(jiān)測原型樣機的測試結(jié)果
以上這些場景屬于6G通感一體化中的細力度感知，而粗力度感知的代表應(yīng)用是目標(biāo)測距測速。
△通信感知一體化—-目標(biāo)測距測速原型樣機
支持目標(biāo)測距測速的原型樣機中心頻點4GHz，帶寬400MHz，其中用于無線感知的資源開銷是7%。
這次展示的是室內(nèi)目標(biāo)的實時測距和測速，而增加原型樣機的發(fā)射功率和天線數(shù)目增加后，還可以支持室外的無人機或車輛的測距、測速和測角，未來用于智慧交通和無人機監(jiān)測等場景。
未來，基于6G可以做到有信號的地方都能被感知。
與基于攝像頭的視覺感知相比，6G無線感知不會被視線遮擋，同時避免了攝像頭帶來的個人隱私問題。
△通信感知一體化—-目標(biāo)測距測速原型樣機的測試結(jié)果
有了通感一體，接下來要說的是極低功耗通信，兩者結(jié)合能極大拓展6G的應(yīng)用范圍。
5G提供的高傳輸速率、低時延等特點促進了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。而6G能將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的功耗進一步降低，達到uW級別，甚至零功耗。
這樣一來，部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的成本大大降低。秦飛認(rèn)為，未來極低功耗終端成本連1元人民幣都不到。
這種終端在形態(tài)上類似于現(xiàn)在的蘋果AirTag，但結(jié)合上6G的感知能力，功能和適用場景還會得到拓展。
6G極低功耗通信中最具代表性的技術(shù)是反向散射通信（Backscatter Communication）。
△低功耗通信—-backscatter反向散射原型樣機
其原理是通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部阻抗來控制電路的反射系數(shù)，從而改變來自其它設(shè)備或者環(huán)境中的射頻信號的幅度、頻率、相位等，實現(xiàn)信號調(diào)制與發(fā)送。
在這方面，vivo與北京交通大學(xué)共同搭建了反向散射驗證平臺，目前已實現(xiàn)最高速率2Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。
極低功耗通訊與當(dāng)前技術(shù)相比在吞吐量、覆蓋距離以及連接能力上都有一個質(zhì)的提升，將來也會應(yīng)用在物流跟蹤、貨物盤點、智能家居、傳感器網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境監(jiān)測等更多的場景。
△低功耗通信—-backscatter反向散射原型樣機正在傳輸字母“vivo”
除了拓展應(yīng)用領(lǐng)域，即使只看基礎(chǔ)通信能力，6G也不只能做到速度更快、時延更低。
簡單來說，6G通信系統(tǒng)將會內(nèi)生支持AI，讓AI服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)，提升系統(tǒng)靈活性，降低運維成本。
△AI通信原型樣機
現(xiàn)場原型機的測試顯示，使用基于AI的DMRS（解調(diào)參考信號）信道估計，在DMRS資源開銷降低一半的條件下也能獲得比非AI方案更低的誤塊率（BLER）和更高的吞吐量。
如果把AI用于通信的更多模塊，也能在更多方面提升6G系統(tǒng)的性能，以支持從沉浸式VR、全息交互到實時遠程控制乃至元宇宙的多種未來應(yīng)用。
△AI通信原型樣機的測試結(jié)果
目前展示的四個原型樣機雖然都只在室內(nèi)驗證，但未來有望用于更多更廣闊的真實生活場景。
那么，這個未來什么時候來？
從通信行業(yè)的發(fā)展規(guī)律來看，大約每10年技術(shù)就會演進一代，也就是4G、5G中G的含義，代表Generation。
按目前業(yè)內(nèi)普遍預(yù)期，6G將在2030年開始投入使用。
現(xiàn)在能看到的這些6G初步成果，多在2019-2020就已經(jīng)開始研發(fā)，整整提前了10年。
在5G尚未完全普及的今天，談6G是否為時過早？
這個問題的答案，還要從通信技術(shù)發(fā)展史上找。
以史為鑒：為什么要提前預(yù)研？
我們現(xiàn)在用的移動通信技術(shù)，始于貝爾實驗室在1947年提出的蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)想。
蜂窩網(wǎng)絡(luò)提出在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的大區(qū)范圍之內(nèi)劃分出多個小區(qū)，在每個小區(qū)建立基站。
這樣終端設(shè)備不用抬高的發(fā)射功率就可以和最近的基站通信，使終端小型化成為可能。
到70、80年代，隨著集成電路等行業(yè)的高速發(fā)展，這一設(shè)想終于成為現(xiàn)實，也就是以摩托羅拉“大哥大”為代表的1G時代。
隨著人們對通訊需求的不斷增長，用數(shù)字信號替代了模擬信號的2G時代很快到來，也迅速分成了GSM與CDMA兩大技術(shù)陣營。
其中CDMA在理論上有更大的系統(tǒng)容量，不過研發(fā)難度較高，最終率先推出短信服務(wù)的GSM迅速占領(lǐng)了市場。
當(dāng)時的無線通信領(lǐng)域，除了高通以外，多數(shù)玩家都把目光集中在GSM上，。
高通看好CDMA的長期價值，盡管開發(fā)周期長、成本高，也一直在堅持布局和推廣并積累了大量的專利，形成壟斷地位。
到了3G時代，雖然通信技術(shù)分為三大主流標(biāo)準(zhǔn)，但是都基于CDMA，讓高通成為通信行業(yè)一整個時代的龍頭。
后面的故事大多相似，4G的設(shè)想誕生在2002年，首次商用在2009年；5G技術(shù)的基礎(chǔ)出現(xiàn)在2008年，首次商用是在2019年。
這些故事告訴我們，通信技術(shù)的回報雖大，但研發(fā)極長，也就意味著：6G提前10年布局也很有必要。
但掌握技術(shù)并不代表就能在通信行業(yè)取得成功。
回歸通信的本質(zhì)來看，信息的發(fā)送方和接收方需要“說同一種語言”。
要想在全世界范圍內(nèi)都能方便交流，就需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
國際上，負責(zé)標(biāo)準(zhǔn)制定和維護的組織叫做3GPP（3rd Generation Partnership Project）。
3GPP成立于1998年，最早的目標(biāo)是為第三代移動通訊系統(tǒng)制定標(biāo)準(zhǔn)而得名，并延續(xù)至今。
在4G時代，由于各家都想繞開高通的專利壟斷，聚集在3GPP體系下主導(dǎo)了4G的LTE標(biāo)準(zhǔn)。
LTE由多國企業(yè)參與制定，避免了一家獨大的狀況而漸漸成為主流，擊敗了高通主推的UMB和英特爾主推的WiMax，一統(tǒng)江湖。
3GPP組織本身也不斷擴大，到2017年已吸納了40多個國家的超過500名成員。
5G時代，3GPP的影響力進一步彰顯。早期5G三大應(yīng)用場景就是由3GPP定義，最終3GPP標(biāo)準(zhǔn)也成為聯(lián)合國下屬國際電信聯(lián)盟認(rèn)可的唯一通用標(biāo)準(zhǔn)。
3GPP采用合作共識機制，吸引了整個通信行業(yè)，甚至傳統(tǒng)通信之外的互聯(lián)網(wǎng)公司、汽車制造商等紛紛參與進來。
在這種局面下，無論是網(wǎng)絡(luò)運行商、基礎(chǔ)設(shè)施廠商、芯片廠商、終端廠商還是應(yīng)用廠商，要在未來6G時代占有一席之地都要持續(xù)投入、持續(xù)擴大在國際合作中的影響力，在不斷地協(xié)商摩擦之中，把自己對6G的規(guī)劃打造成行業(yè)共識的一部分。
總的來看，眾多手機大廠提前10年預(yù)研6G并不奇怪，而是正當(dāng)時。
6G行業(yè)如今形成了怎樣的共識？
通信技術(shù)的每一代演進，縱向都是在前代基礎(chǔ)上改進而來，橫行也都與同時代的其他技術(shù)協(xié)同發(fā)展。
所以要真正了解6G，還是要從5G說起。
前面提到3GPP組織定義了5G的三大場景，分別是eMBB（增強移動寬帶）、URLLC（高可靠和低延遲通信）和mMTC（大規(guī)模機器類型通信）。
正是大規(guī)模機器類型通信這個場景，將移動通信從以人為主體的信息消費拓展到了物聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)應(yīng)用。
但與此同時，根據(jù)中國科學(xué)院院刊發(fā)表的《6G移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的六大特征》，5G也遇到了成本高、基站能耗高，以及與3G/4G網(wǎng)絡(luò)的互操作帶來運維復(fù)雜的挑戰(zhàn)。
為解決這些問題，5G逐漸引入了網(wǎng)絡(luò)切片、智能負載以及AI運維等新手段。
但這些手段屬于從外部給5G“打補丁”，帶來的效率提升遠低于預(yù)期，不能完全解決問題。
因此，未來的6G網(wǎng)絡(luò)，一方面要滿足2030年以后的沉浸式 XR、全息交互、智能交通、元宇宙等應(yīng)用的需求，在速率、時延、帶寬等方面都要超越5G。
另一方面，還要滿足按需靈活調(diào)度、具有內(nèi)生的智能、內(nèi)生的計算能力等特性。
這些行業(yè)共識，在vivo最新發(fā)布的白皮書《6G服務(wù)、能力與使能技術(shù)》中也有所體現(xiàn)。
在vivo看來，6G將通過超強通信、基礎(chǔ)信息、融合計算三大服務(wù)，構(gòu)建自由連接的物理數(shù)字融合世界。
要達到這個愿景，還需要通信公司、半導(dǎo)體研發(fā)公司、終端廠商、應(yīng)用廠商等產(chǎn)業(yè)上下游共同努力，探索出具體的實現(xiàn)路徑。
道理雖是如此，但提前整整10年去預(yù)研一項技術(shù)，對一個企業(yè)來說都是巨大的投入，也是必須要考慮的風(fēng)險。
vivo能下定這樣的決心搞6G研發(fā)，與其在2020年定立的“成為聯(lián)接人與數(shù)字世界的橋梁”這一目標(biāo)不無關(guān)系。
具體到6G上，vivo通信研究院院長秦飛認(rèn)為，6G終端將成為“聯(lián)接物理世界和數(shù)字世界的橋梁”。
我們6G研發(fā)不會設(shè)預(yù)算上限，只要認(rèn)清楚一個事的價值，該投多少就投多少。
從這個角度看，vivo在手機上取得商業(yè)成功之后堅持投入技術(shù)，從商業(yè)模式創(chuàng)新轉(zhuǎn)向技術(shù)創(chuàng)新，也為更多企業(yè)如何面對未來挑戰(zhàn)指出了一條道路。
而且更為關(guān)鍵的是，中國的科技公司，在多年商業(yè)模式創(chuàng)新的積累之后，終于有機會在技術(shù)創(chuàng)新周期的發(fā)端，有機會投入、有勇氣預(yù)研，有潛力去引領(lǐng)新一代基礎(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)了。
參考鏈接：
[1]https://www.3gpp.org
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/E4XsKOBSV_LNGkK7zVC0sw
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