元宇宙不是6G剛需 行業(yè)應(yīng)用是研究重點(diǎn)

在全球6G技術(shù)大會(huì)上，中國(guó)工程院院士、未來(lái)移動(dòng)通信論壇理事長(zhǎng)鄔賀銓發(fā)布題為《對(duì)6G研究的10點(diǎn)思考》的演講。

在鄔賀銓看來(lái)，目前5G的高帶寬沒(méi)有顯示出用武之處，以2030年光纖介入的速率為目標(biāo)，6G的平均下載速率或許達(dá)到Gbps量級(jí)就夠了。

他認(rèn)為，元宇宙需要6G，現(xiàn)在5G支持不了用戶需要的體驗(yàn)速率，但是元宇宙的商業(yè)模式，相對(duì)于社交媒體和AR/VR沒(méi)有變化，而且是小眾的市場(chǎng)，不是6G的剛需。

鄔賀銓強(qiáng)調(diào)，ToB要作為6G研究的重點(diǎn)，更需要更重視低時(shí)延和確定性的要求，在架構(gòu)和管理上提出創(chuàng)新的方案，并且還要為工業(yè)的應(yīng)用劃分專用的頻率。

一、超寬帶不是6G的亮點(diǎn)。

現(xiàn)在5G的平均下載速率已經(jīng)達(dá)到100Mbps/s，峰值速率也突破Gbps，跟光纖結(jié)構(gòu)的速率是相當(dāng)?shù)摹?/p>

去年中國(guó)過(guò)往的寬帶100MB的用戶占比已經(jīng)到93%，平均的寬帶介入能力是100Mbps，而2020年寬帶下載的速率大概是一半左右，53Mbps/s。預(yù)計(jì)到2030年，下載速率有可能上到一個(gè)G。

6G有必要要超過(guò)光纖的下載速度嗎?目前5G的高帶寬沒(méi)有顯示出用武之處，因?yàn)閮?nèi)容發(fā)展是滯后的，終端的計(jì)算能力和生成VR/AR節(jié)目的門檻，也制約了高帶寬用戶產(chǎn)生內(nèi)容的出現(xiàn)，目前5G還難以復(fù)制4G時(shí)代短視頻的場(chǎng)景。

從2G到5G，每一代移動(dòng)通信都以帶寬擴(kuò)展為目標(biāo)，而且追求十年一代，每一代峰值速率提高1000倍，那么6G是否有必要追求將5G速率擴(kuò)展到1000倍?如果以2030年光纖介入的速率為目標(biāo)，6G的平均下載速率或許達(dá)到Gbps量級(jí)就夠了。

二、元宇宙難成6G的支點(diǎn)

什么是元宇宙?將人類想象延伸出的虛擬空間加載到現(xiàn)實(shí)空間。狹義的元宇宙，是一種基為AR/VR/MR的技術(shù)升級(jí)，整合了用戶化身、內(nèi)容生產(chǎn)、社交互動(dòng)、在線游戲、虛擬貨幣支付等的網(wǎng)絡(luò)空間。

元宇宙需要6G，因?yàn)槿⒌娘@示，做實(shí)時(shí)交互峰值吞吐量可能達(dá)到150Gbps/s，就算100倍的壓縮，平均吞吐量也要達(dá)到1.5Gbps/s，而且用戶是在全方位、多角度的全息交互，這個(gè)時(shí)候同時(shí)承載可能上千個(gè)并發(fā)數(shù)據(jù)流，因此，用戶總的吞吐量可能要達(dá)到Tbps/s，甚至交互需要的延時(shí)也要小于一毫秒，也就是說(shuō)用戶體驗(yàn)速率要大于10個(gè)G，那么現(xiàn)在5G支持不了，可能就需要6G。

但反過(guò)來(lái)6G需要元宇宙嗎?目前元宇宙的商業(yè)模式，相對(duì)于社交媒體和AR/VR沒(méi)有變化，而且是小眾的市場(chǎng)，至少不是6G的剛需。

三、要在超寬帶與減碳間找出平衡點(diǎn)

通信網(wǎng)絡(luò)用戶設(shè)備是碳排放的大頭，根據(jù)預(yù)測(cè)，2030年全球信息技術(shù)碳排放中，數(shù)據(jù)中心之占28.8%，端用戶識(shí)別占17.2%，網(wǎng)絡(luò)識(shí)別占24%。

2020年，我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)的碳排放占全社會(huì)3.5%，當(dāng)時(shí)5G才剛起步。如果5G真正大規(guī)模商用，碳排放可能還會(huì)更大。5G的單基站比4G功耗多一倍，即使基站速度相當(dāng)，5G無(wú)線網(wǎng)的總能耗也比4G高一倍。5G單站的能效是4G的12倍。

6G帶寬更高，容量更大，可能也需要有明確的能效指標(biāo)。重要的是要在超寬帶和減碳之間找出平衡點(diǎn)。6G的頻段更高，蜂窩更密，網(wǎng)絡(luò)能耗比5G更大，對(duì)超寬帶的追求應(yīng)該讓位于雙碳的壓力，從6G開(kāi)始移動(dòng)通信換代的主要驅(qū)動(dòng)力要從過(guò)去追求信道帶寬轉(zhuǎn)到追求能效。

天地通信融合的目標(biāo)，抬高了6G系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加了6G減碳的難度，減碳需要從6G網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的創(chuàng)新入手。

四、面向行業(yè)的應(yīng)用將是6G研究的重點(diǎn)

ToB和ToC是不一樣的。在架構(gòu)上，5G ToB的架構(gòu)強(qiáng)調(diào)扁平化，核心網(wǎng)下沉，甚至可能要支持DtoD，終端到終端的通信。在ToC的應(yīng)用基站只處理物理層，而ToB的應(yīng)用，基站可能需要集成部分核心網(wǎng)的功能，可能還需要實(shí)現(xiàn)介入回傳一體化。

關(guān)于終端，在ToB的應(yīng)用，我們一般來(lái)講是多頻多模低功耗的終端。在ToB可能終端對(duì)芯片的這種功耗、體積、成本要求沒(méi)有那么苛刻，但是ToB的終端不僅僅是一個(gè)終端，還是一個(gè)智能無(wú)線路由器、是個(gè)CPE、是個(gè)邊緣計(jì)算，是個(gè)智能物聯(lián)網(wǎng)，所以終端比ToC要復(fù)雜得多。

關(guān)于帶寬，在ToC的應(yīng)用，我們基本上是大下行，ToB的應(yīng)用我們要大上行。在性能上，ToC的應(yīng)用比較敏感帶寬的利用率，而ToB的應(yīng)用可能更敏感時(shí)延和確定性。 在管理上，ToC的應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)商都非常關(guān)心切換、漫游和計(jì)費(fèi)的管理。在ToB的時(shí)候，企業(yè)應(yīng)用對(duì)這些反而不關(guān)心，關(guān)心的是網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)安全。

在安全上，ToC的應(yīng)用著重是認(rèn)證的安全，而在ToB的應(yīng)用，是非常關(guān)心用戶企業(yè)的數(shù)據(jù)不外泄。在可靠性方面，ToC的應(yīng)用依靠密集的基站，一個(gè)基站有問(wèn)題了，其它基站還可以補(bǔ)充。但是在ToB應(yīng)用中，可能車間里只有一個(gè)基站，需要通過(guò)永遠(yuǎn)在線、冗余并發(fā)來(lái)支持可靠性。

5G并沒(méi)有針對(duì)ToB的應(yīng)用做重點(diǎn)的研究，將5G ToC的系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)備直接搬到5G ToB，這樣既不科學(xué)也不合理。所以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該成為6G的研究重點(diǎn)，更需要更重視低時(shí)延和確定性的要求，在架構(gòu)和管理上提出創(chuàng)新的方案。

在6G時(shí)代，需要為工業(yè)的應(yīng)用劃分專用的頻率，哪怕頻率不是直接給企業(yè)，也應(yīng)區(qū)別開(kāi)哪些是做通訊、哪些是做工業(yè)應(yīng)用的。

五、人工智能在6G應(yīng)用的落腳點(diǎn)

人工智能技術(shù)在6G的應(yīng)用，應(yīng)該聚焦在怎么利用人工智能分析信道特性，而不是信源特性。5G是在原有人工智能上外加的功能。未來(lái)的6G希望是原生的人工智能，那怎么做到原生?通過(guò)分析信道，實(shí)現(xiàn)干擾消除、優(yōu)化能效和核心網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)的智能化適應(yīng)上面。

如果要將人工智能在信道信源編碼應(yīng)用的技術(shù)，捆綁6G的話，就要找出信源處理跟6G的信道處理，以及6G的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)關(guān)聯(lián)。如果沒(méi)有什么關(guān)聯(lián)，那跟4G、5G有什么區(qū)別?

六、低頻段挖潛應(yīng)該是6G研究的著力點(diǎn)

現(xiàn)在所謂的“6G全頻段接入”是偽命題。如果要6G做到全頻段，既不現(xiàn)實(shí)，也不合理?，F(xiàn)在成本高就是因?yàn)轭l譜太多、太復(fù)雜。

Sub6G和以下的頻段，或者毫米波的低頻段，應(yīng)該是6G的合適的選擇，應(yīng)該作為6G頻率的主攻方向。

毫米波高頻段傳輸距離短，可以用在室內(nèi)。畢竟，哪有人走在路上“戴個(gè)”元宇宙這樣玩呢?

支持AR/VR，6G需要調(diào)整現(xiàn)有頻譜分配的格局，6G需要更寬的頻譜。所以要改變頻率一次分配定終身的格局，頻譜的分類，過(guò)去基本只使用頻分模式，占地為勞?，F(xiàn)在需要考慮空分、時(shí)分、碼分的模式。

6G需要考慮跟衛(wèi)星通信的頻譜兼容問(wèn)題，而且工業(yè)是6G的重要應(yīng)用方向，我們是時(shí)候要為6G工業(yè)應(yīng)用分配專用頻率。

七、星地融合的難點(diǎn)

現(xiàn)在移動(dòng)通信發(fā)展很快，但地球表面移動(dòng)通信的面積覆蓋率也只有6%左右，所以有94%的面積還沒(méi)有覆蓋。這94%的面積只占6%的人口，用傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)去覆蓋顯然是不經(jīng)濟(jì)的。但是從國(guó)防、應(yīng)急和發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)等方面考量，我們又需要移動(dòng)通信的信號(hào)能遍及全球每一個(gè)角落。

將天基互聯(lián)網(wǎng)融合到地面移動(dòng)通信系統(tǒng)，是低成本廣覆蓋的解決方案。原來(lái)是衛(wèi)星通信跟移動(dòng)通信是沒(méi)關(guān)聯(lián)的，現(xiàn)在我們希望關(guān)聯(lián)起來(lái)，這就意味著移動(dòng)通信要從原來(lái)地面網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到非地面網(wǎng)絡(luò)(NTN)。

在4G和5G的時(shí)代，也可能發(fā)展NTN，但天基互聯(lián)網(wǎng)自身的覆蓋能力跟不上，而地面移動(dòng)通信網(wǎng)也缺乏相應(yīng)的增強(qiáng)，所以之前一直做不了。

NTN雖然很理想，但是也面臨很多挑戰(zhàn)。首先，上到天空，即便低軌衛(wèi)星也要有離地面600—700公里，時(shí)延比原來(lái)大得多，這種大環(huán)回時(shí)延，以及向下行的大時(shí)延差，導(dǎo)致我們需要考慮重新設(shè)計(jì)物理層，MAC層和無(wú)線鏈路層。要解決基站與終端的交互過(guò)程，來(lái)適應(yīng)新的這種大時(shí)延的挑戰(zhàn)。

另外因?yàn)榇髸r(shí)延，傳統(tǒng)的TCP/IP一旦丟包重傳了，引入的時(shí)延就更大了，所以要減少丟包的可能發(fā)生概率。網(wǎng)絡(luò)層需要有全新的木馬糾錯(cuò)、FEC以及UDP等等的機(jī)制。

第二大挑戰(zhàn)是小區(qū)覆蓋的半徑大。在地面的小區(qū)大約是幾十公里的量級(jí)，而低軌衛(wèi)星小區(qū)可能達(dá)百公里，小區(qū)中心跟小區(qū)邊緣，終端到衛(wèi)星的傳輸時(shí)延差別很大，這會(huì)對(duì)終端的隨機(jī)介入過(guò)程以及物理隨機(jī)介入信道的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。

第三大挑戰(zhàn)是多普勒頻移很大，嚴(yán)重影響幀同步隨機(jī)介入的流程。我們需要在NTN的應(yīng)用上，需要考慮多普勒頻偏的補(bǔ)償。

第四個(gè)挑戰(zhàn)是高運(yùn)動(dòng)速度，低軌衛(wèi)星相對(duì)于地面，運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)于每秒鐘7.56公里，每顆星過(guò)頂服務(wù)的時(shí)間可能就分鐘級(jí)，甚至如果緯度更低，過(guò)頂?shù)臅r(shí)間更短。頻繁的波速切換，需要有特殊的移動(dòng)性管理方式，來(lái)簡(jiǎn)化切換流程，降低星鏈的開(kāi)銷，提高切換的可靠性。

八、空天地海通信一體化是6G的賣點(diǎn)

我們現(xiàn)在在考慮6G的需求標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，空天地海信通是一個(gè)跟5G不同的賣點(diǎn)，通過(guò)6G的研究，可以帶熱空天地海通信一體化的研究。

天基部分，仍然是空天地海通信的難點(diǎn)，地面網(wǎng)絡(luò)改造也會(huì)增加挑戰(zhàn)，但是天基部分，不僅要面對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)，比如說(shuō)高中低軌衛(wèi)星的互聯(lián)、點(diǎn)波速的調(diào)度、星間的激光通信、星上處理技術(shù)等等。

除了技術(shù)因素，還有軌道和頻率資源的獲得，發(fā)現(xiàn)與建網(wǎng)成本的控制。另外對(duì)中國(guó)來(lái)講，我們?nèi)鄙倬惩鈽I(yè)務(wù)落地的星觀站。

空天地海通信的一體化發(fā)展，沒(méi)有迎來(lái)拐點(diǎn)。本來(lái)通過(guò)集成NTN，就可以實(shí)現(xiàn)星地融合通信，還可以推動(dòng)統(tǒng)一的空中接口協(xié)議，和統(tǒng)一的地面核心網(wǎng)。

地面網(wǎng)現(xiàn)在行之有效的SRV6及IPV6的源地址選入即刻義從功能上應(yīng)該可以用到天基網(wǎng)上。但傳統(tǒng)的TCP/IP機(jī)制，不適合天基部分的高時(shí)延，TCP肯定要改的，所以要空天地海通信的完全一體化，不見(jiàn)得是最佳選擇。

空天地海通信的一體化，很難成為運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)的熱點(diǎn)，全球現(xiàn)在還沒(méi)有面向地面移動(dòng)網(wǎng)和非地面移動(dòng)網(wǎng)融合的運(yùn)營(yíng)商。雖然邊緣地區(qū)和海上通信，或者應(yīng)急通信有需求，但受眾少，6G的運(yùn)營(yíng)商無(wú)法指望靠這些應(yīng)用來(lái)支撐收入。同時(shí)因?yàn)槲覀儑?guó)家缺乏境外落地的信關(guān)站。我們國(guó)家的天基互聯(lián)網(wǎng)也很難擴(kuò)展到全球業(yè)務(wù)。

可以說(shuō)空天地海是6G的賣點(diǎn)，但絕對(duì)不是6G的熱點(diǎn)。

九、低成本的智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)是6G研究的痛點(diǎn)

從1G到5G，移動(dòng)通信系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷升級(jí)，抵消了技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的成本下降。

現(xiàn)在CAPEX與OPEX成本都居高不下。在5G時(shí)代，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通只好走聯(lián)合建網(wǎng)之路。

6G不僅業(yè)務(wù)類型多，而且管理更復(fù)雜。星地融合，涉及到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，天基段可能多個(gè)供應(yīng)商共享，因?yàn)樾l(wèi)星軌道頻率資源是有限的。那么這就涉及到整個(gè)星地融合的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，資源的調(diào)度可能需要跨運(yùn)營(yíng)商。

以架構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)維方便、云網(wǎng)協(xié)同、智能開(kāi)放、安全可靠和低成本為目標(biāo)的智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新的方向。但網(wǎng)絡(luò)體系的創(chuàng)新比空口技術(shù)還要難，因?yàn)橐€網(wǎng)兼容是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

十、創(chuàng)新是6G研究的基點(diǎn)

5G將早年的理論借助集成電路的技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了工程化。以5G的一些關(guān)鍵技術(shù)為例，LDPC碼，最早在1962年由麻省理工的Gallager的博士論文中提出。5G在數(shù)據(jù)控制信道的使用的Polar碼，是2008年由土耳其的Arikan教授來(lái)發(fā)表的。

5G的這些基本技術(shù)，是十年前甚至更早的理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)在6G需要從基礎(chǔ)理論做起，目前感覺(jué)缺乏創(chuàng)新性的技術(shù)積累。

6G的研究需要有定力，我們國(guó)家移動(dòng)通信的研究，是從跟隨開(kāi)始的，3G雖然有突破，4G雖然趕上，但前邊還是有標(biāo)桿的。5G取得了領(lǐng)跑地位，6G已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的高地。

國(guó)家重視6G的研究理所當(dāng)然。但是也要清醒認(rèn)識(shí)到，不能因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)就不深入對(duì)6G的需求研究，不下決心做長(zhǎng)期的顛覆性的原創(chuàng)技術(shù)研究，我們急于跟國(guó)外搶進(jìn)度，脫離市場(chǎng)需要，這樣反而戰(zhàn)略上被動(dòng)。我們需要有不受外界左右的定力，堅(jiān)持開(kāi)放合作。

要鑄牢5G的基礎(chǔ)，5G是6G的基礎(chǔ)，推動(dòng)我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)以及應(yīng)用成功是6G研究的動(dòng)力，需要從5G的應(yīng)用挖掘市場(chǎng)，一些的技術(shù)也可以提前用到5G來(lái)檢驗(yàn)。

標(biāo)簽： 6G研究 智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新 星地融合 人工智能