華為辟謠“即將發(fā)射兩顆衛(wèi)星以搶占6G研發(fā)先機”，現(xiàn)在談6G還太早

華為辟謠“即將發(fā)射兩顆衛(wèi)星以搶占6G研發(fā)先機”，現(xiàn)在談6G還太早

文 | 魏興

7月5日，互聯(lián)網(wǎng)上突然傳出了一個“振奮人心”的消息，許多媒體報道稱華為公司將在7月份與中國移動公司和中國航天公司合作發(fā)射兩顆6G衛(wèi)星，以搶占6G研發(fā)的先機。但是在7月6日，華為中國的微博官方帳號就發(fā)出了辟謠貼，指出這是不折不扣的假消息。

圖1  華為辟謠

事實上，通信行業(yè)的從業(yè)者都很清楚，現(xiàn)在談?wù)?G網(wǎng)絡(luò)還太早，任何類似的消息都是炒作。

5G并不是人類通信技術(shù)的終結(jié),它仍然有很多不完善的地方,有待新一代的技術(shù)來解決。而通信技術(shù)從2G、3G、4G到5G，大約每10年就會更新?lián)Q代,設(shè)備制造商和網(wǎng)絡(luò)運營商都需要時間來賺取利潤和消化投資,因此新一代網(wǎng)絡(luò)通常不會太早投入使用。5G從2018年開始起步，2020年才獲得比較大的發(fā)展，按照這樣的發(fā)展規(guī)律，6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該在2030年之后才會投入使用。

就在5G剛開始建網(wǎng)不久，世界各主要通信技術(shù)強國，包括芬蘭、日本、中國等國，都開始研究下一代技術(shù)：6G。最高調(diào)的是美國，在2020年11月，美國電信行業(yè)解決方案聯(lián)盟（ATIS）宣布，蘋果、谷歌、英特爾等公司已經(jīng)成立了美國的“6G聯(lián)盟”，同時還有諾基亞、愛立信和三星等外國公司加入，致力于打造出一個排除中國企業(yè)的6G產(chǎn)業(yè)鏈。

首先國際移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP已經(jīng)制定了全球的3G、4G和5G標(biāo)準(zhǔn)，所以6G標(biāo)準(zhǔn)肯定會以它為主來制定。但是如果美國不樂意，想要打造一個排除中國企業(yè)的6G標(biāo)準(zhǔn)，那也沒問題，結(jié)果無非是世界上會有兩套6G標(biāo)準(zhǔn)，美國的6G手機漫游到中國來就沒用。這種事情不是沒發(fā)生過，在十幾年前3G標(biāo)準(zhǔn)向前演進的時候，美國高通公司為了推廣它的專利占主導(dǎo)地位的CDMA2000EV-DO技術(shù)，就拉攏了一幫企業(yè)成立了3GPP2組織。當(dāng)然EV-DO技術(shù)沒什么人用，最后3GPP2組織就無疾而終了。

圖2  5G基站數(shù)量預(yù)測（來源：IDTechEx）

中國是世界上最大的移動通信市場，沒有之一。按照通信市場調(diào)查機構(gòu)IDTechEx的預(yù)測，中國的5G基站數(shù)量將會占到全世界的一半以上。圖2中統(tǒng)計條的下半部分藍色代表中國市場，青綠色代表美國市場。中國一家的5G基站數(shù)量就能吊打全世界。資本家們不會和錢過不去，有中國企業(yè)參與的3GPP組織必然會受到所有主流企業(yè)的追捧。美國想單獨整一個排除中國企業(yè)的6G標(biāo)準(zhǔn)，必然成不了主流。

通信行業(yè)要制定一個通信標(biāo)準(zhǔn)，一般要經(jīng)過四步：第一步是提出愿景，就是想要新技術(shù)提供什么樣的服務(wù)，要從各種“腦洞”中選出可行的愿景；第二步是將可行的愿景細化成具體的指標(biāo)要求，也就是制定KPI；第三步是各大公司和科研機構(gòu)提出自己的技術(shù)方案，來實現(xiàn)這些KPI；第四步是在標(biāo)準(zhǔn)制定會議上公平競爭，選出最優(yōu)的技術(shù)方案來寫進標(biāo)準(zhǔn)。這四個步驟劃分不是很嚴格，在實際工作中可以有重疊，而且整個流程是不停地滾動迭代的。

圖3  IEEE提出的6G標(biāo)準(zhǔn)化工作時間表

對于6G標(biāo)準(zhǔn)化工作的時間表，國際電氣電子工程師協(xié)會IEEE在2019年底展示了一份3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化時間表，從2023年初到2025年中期是做研究，基本上覆蓋了第一、第二、第三步，從2025年中期到2028年初是制定標(biāo)準(zhǔn)的過程，基本上覆蓋第三、四步，在2028年底就可以開始生產(chǎn)設(shè)備了。

總體來說這個時間表有點太樂觀了。目前國際上對于6G的愿景還處于“腦洞大開”的時期。比如，有機構(gòu)提出6G要覆蓋一切空間，包括太空、空中、地面和水下——筆者對覆蓋水下這個要求感覺是無法理解；還有機構(gòu)提出６G需要考慮覆蓋人腦接口，進行體內(nèi)監(jiān)測——這太科幻了，而且有些不寒而栗。

圖4  中興公司提出的6G標(biāo)準(zhǔn)化工作時間表

2020年3月，芬蘭舉辦了一次6G無線峰會，通過互聯(lián)網(wǎng)遠程進行。在這次峰會上中國中興公司提出了一個6G標(biāo)準(zhǔn)化時間表，感覺要靠譜很多。在這個時間表中，從2021初到2025年中是研究基礎(chǔ)技術(shù)和提出愿景的階段，從2025年中到2027初是提出KPI的階段，從2027年初到2029年底是提出技術(shù)提案的階段，從2030年初開始才制定標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備生產(chǎn)肯定是要等到2031年之后了。這個時間表中還考慮到別的組織的貢獻，包括制定視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的MPEG組織等。

總之，我們要等到2030年之后才能看到6G的網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)品，但在這之前很多年，我們會一直在新聞里聽到6G技術(shù)的進展，和中美在6G技術(shù)上的競爭。

現(xiàn)在談?wù)?G技術(shù)，經(jīng)常能看見許多過于科幻的想法，但是請相信通信標(biāo)準(zhǔn)化組織，經(jīng)過會議討論，所選擇的技術(shù)一定是現(xiàn)實的和有市場潛力的。下面介紹一些通信業(yè)內(nèi)普遍認為會被采納的6G愿景和技術(shù)。

首先，5G并不完美，5G所實現(xiàn)的超高帶寬，超大規(guī)模機器通信和超短延遲通信這三大功能是互相排斥的，并不能同時實現(xiàn)。而6G必然會同時實現(xiàn)這三大功能，即讓超大規(guī)模的用戶同時享受超寬的帶寬和超低的延遲進行通信。實現(xiàn)這樣的場景可不容易。

其次，6G通信必然會覆蓋所有人類活動的空間，包括空中、野外。水下要不要覆蓋真的很難說。實際上要實現(xiàn)這樣的覆蓋，必然會引進衛(wèi)星通信。實際上，5G網(wǎng)絡(luò)就將要支持衛(wèi)星通信了。3GPP組織在2020年發(fā)布的Release17版的標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)由法國泰雷斯公司牽頭開始進行將衛(wèi)星通信納入5G網(wǎng)絡(luò)的研究了。

最后，6G網(wǎng)絡(luò)必然會更好地支持超高清晰度的VR/AR等應(yīng)用，支持各種自適應(yīng)算法自動滿足客戶的通信需求。

圖5  6G網(wǎng)絡(luò)可能采用的技術(shù)有很多

為了實現(xiàn)這些愿景，目前通信業(yè)內(nèi)普遍認為會采用下列技術(shù)：

圖6  電磁波頻率劃分

太赫茲就是頻率在0.1THz到10THz之間的無線電頻譜。可見光通信也不是新鮮事，早在十幾年前就有人研究，當(dāng)時它叫LiFi。這兩種技術(shù)都支持極高的通信速率，但也都有缺點：對日常物體的穿透性太低，非常容易被遮擋，在空氣中的衰減嚴重，只適合小范圍通信。

圖6可見，太赫茲頻段的左側(cè)是微波頻段，當(dāng)然傳統(tǒng)劃分的微波頻段與太赫茲頻段有一點重疊（微波W、F、D波段都有部分高于0.1THz）。而右側(cè)則是紅外線頻段。是的，光也是電磁波，太赫茲較高的頻段已經(jīng)接近可見光了。

之前人類絕大部分的無線電設(shè)備，包括衛(wèi)星通信設(shè)備、微波傳輸設(shè)備和雷達等，工作頻段都不超過100GHz，也就是太赫茲頻段定義的下限。太赫茲頻段對人類來說還是個空白，主要是因為這個頻段的電子元器件的工作方式與原來相差比較大，一切都是未知領(lǐng)域。世界各國對太赫茲的研究是在最近20年才火熱起來的，目前太赫茲相關(guān)的電子元器件產(chǎn)業(yè)還不夠成熟，一切都在發(fā)展中，而我國在這一領(lǐng)域的研究水平處于比較領(lǐng)先的地位。

太赫茲頻段用于通信，能使通信速率達到1Tbps以上，上百倍于5G網(wǎng)絡(luò)的速度。因此可以說它是人類通信未來必然要采用的頻段。在太空中，太赫茲用于衛(wèi)星之間的通信，比激光通信的波束更大，對準(zhǔn)要求低，速率比傳統(tǒng)無線電要高很多，優(yōu)勢十分明顯。

世界IT產(chǎn)業(yè)強國都對太赫茲進行了大量研究。美國、日本、歐盟等國際區(qū)域組織和國家對太赫茲通信技術(shù)發(fā)展十分重視，相關(guān)研究計劃啟動較早，并且在關(guān)鍵器件和原型系統(tǒng)方面都取得了眾多成果和進展。美國太赫茲關(guān)鍵器件的產(chǎn)品種類和頻段較為完備，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展較成熟。2019年3月，美國聯(lián)邦通信委員會FCC正式批準(zhǔn)開放95GHz到3THz的太赫茲頻段用于6G實驗。日本電報電話公司NTT2006年實現(xiàn)了頻率0.12THz、傳輸距離15km的太赫茲無線通信演示系統(tǒng)，完成世界上首例太赫茲通信演示，并在2008年成功應(yīng)用于北京奧運會的高清轉(zhuǎn)播。國際電聯(lián)己決定將0.12THz和0.2THz劃歸無線通信使用。

目前我國的太赫茲通信關(guān)鍵分立部件及原型驗證系統(tǒng)的研發(fā)能力與國際先進水平接近，集成芯片研發(fā)能力較弱，國內(nèi)相關(guān)方向研究成果多集中于高校和研究院所等學(xué)研機構(gòu)，產(chǎn)業(yè)成熟度低。因此，我們必須加強這方面的工作，才能立于不敗之地。

國際上試驗的太赫茲調(diào)制解調(diào)技術(shù)，包括太赫茲直接調(diào)制、太赫茲混頻調(diào)制和太赫茲光電調(diào)制等。我國電子科技大學(xué)在太赫茲直接調(diào)制方面的研究水平處于世界領(lǐng)先的地位。

目前5G技術(shù)已經(jīng)接近香農(nóng)信道速率的極限，再先進的調(diào)制技術(shù)和編碼技術(shù)對信道利用率的貢獻也不大了。但是有一個技術(shù)必然會使用，就是超大規(guī)模的多天線技術(shù)，或者說是相控陣天線技術(shù)。目前沒辦法使用這個技術(shù)的原因是發(fā)射功耗和基帶處理功耗太大，但是10年后隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，這個限制一定會被克服或者緩解。

AI技術(shù)能滿足不同用戶的不同需求，自動靈活地分配通信資源，這是在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中應(yīng)用的AI技術(shù)，將會對通信設(shè)備行業(yè)有革命性的影響。

許多業(yè)者看好的兩個革命性的技術(shù)，在此重點提一下：

一個是壓縮感知/壓縮采樣技術(shù)，對目前數(shù)字通信領(lǐng)域里普遍遵循的香農(nóng)-奈奎斯特采樣定律做了革命性的改進，能夠節(jié)省大量的數(shù)據(jù)處理資源。

另一個是同頻率同時全雙工通信技術(shù)。目前的雙向無線電通信，接收和發(fā)射要么不在同一頻率上，要么在同一頻率上但收發(fā)在時間上錯開。而同頻率同時全雙工通信，能讓設(shè)備在同一個頻率上同時接收和發(fā)射無線電信號。打個比方，你在距離另一個人很遠的位置，安靜地仔細聽才能聽清對方說的話，這時候你要對著他狂喊，還要聽清他說的話，這是非常難的，因為對方的聲音被你自己的聲音蓋住了。然而這樣的技術(shù)在無線電領(lǐng)域已經(jīng)獲得了突破。它能夠大幅度提高無線電頻譜的利用率。

總之，6G技術(shù)必然會讓我們的生活更加美好，但是實現(xiàn)它還需要全世界的工程師和科學(xué)家持續(xù)努力至少10年。在產(chǎn)業(yè)鏈上我們還面臨著以美國為首的西方國家的排擠，更需要我們靜下心來，集中精力做好自己的工作。任何不實的炒作都是有害的。這一點，需要從業(yè)者以及媒體充分、正確地滿足大眾對于科技進展的好奇，而不是為了博眼球捕風(fēng)捉影信口開河，請珍惜優(yōu)秀的品牌，并在正確的時間，將正確的信息通過正確的渠道傳遞給正確的受眾。