6G的采用將首先是一個(gè)拼湊的過程

6G預(yù)計(jì)將于2030年開始普及，但5G的進(jìn)步將使蜂窩技術(shù)與6G技術(shù)更加接近，以至于最初的6G部署看起來更像是一次升級(jí)。但這僅僅是個(gè)開始。從那以后，6G技術(shù)將變得更加有趣，它將以顯著更高的數(shù)據(jù)速率連接更多設(shè)備，并支持那些使用當(dāng)今技術(shù)對(duì)消費(fèi)者來說毫無吸引力的服務(wù)。

許多細(xì)節(jié)仍有待解決，包括各國將分配的頻譜、不同應(yīng)用的最佳頻率，以及各國將在多大程度上繼續(xù)支持舊技術(shù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，在6G正式亮相之前的五年內(nèi)，升級(jí)工作將逐步展開。

其中包括 AT&T 的 5G+，預(yù)計(jì)將提升 5G 性能并增加其在單個(gè)基站內(nèi)可處理的設(shè)備數(shù)量。西門子數(shù)字工業(yè)軟件解決方案網(wǎng)絡(luò)專家 Ron Squiers 表示：“3GPP Release 17 在 ProSe（近距離服務(wù)）和側(cè)鏈通信的定義方面更廣泛地添加了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，這對(duì)于 V2X（車對(duì)萬物）等技術(shù)非常重要。我認(rèn)為，隨著5G的首次實(shí)例化，X 并未真正得到廣泛部署。這些技術(shù)將發(fā)揮更大的作用，尤其是在與智慧城市互動(dòng)時(shí)，例如 V2X、V2 行人、V2 基礎(chǔ)設(shè)施等方面。”

還有5G Advanced或5.5G。“這是我們目前正在推進(jìn)和設(shè)計(jì)的中間技術(shù)步驟，它將使我們能夠獲得額外的頻譜和承諾——3GPP原本計(jì)劃提供的功能——而由于兼容性問題，人們并沒有大規(guī)模地將這些功能融入到他們的網(wǎng)絡(luò)中，” Ansys 5G/6G項(xiàng)目總監(jiān)Shawn Carpenter表示。“這將緩解消費(fèi)者對(duì)被迫進(jìn)入另一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)、不得不為另一部手機(jī)付費(fèi)的擔(dān)憂。我們需要巧妙地思考如何保留傳統(tǒng)設(shè)備，并繼續(xù)進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)。世界上大多數(shù)國家都已進(jìn)入5G時(shí)代，隨著我們向6G轉(zhuǎn)型，我們將面臨一系列類似的問題。在這個(gè)領(lǐng)域取得巨大成功的人，是那些能夠?qū)?G的突破性技術(shù)融入到一種仍然允許并能夠讓使用五年前手機(jī)的用戶享受良好服務(wù)的形式的人。這種兼容性將對(duì)試圖推出服務(wù)的組織構(gòu)成持續(xù)的壓力。”

從這個(gè)角度來看，6G 將在近乎實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸中提供更高的可靠性和超低延遲，為新一代垂直應(yīng)用，尤其是工業(yè) 4.0 奠定基礎(chǔ)。相比之下，5G 則能夠滿足不同的需求，因?yàn)樗?jì)劃提升數(shù)據(jù)吞吐量并提高帶寬。這包括通過“網(wǎng)絡(luò)切片”或利用公共運(yùn)營商或任何新的私有服務(wù)提供商運(yùn)營的專用網(wǎng)絡(luò)，在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中提供車載關(guān)鍵交通信息和視頻流。

英飛凌表示 ，最終，5G 將通過移動(dòng)無線電，通過物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。5G Advanced 節(jié)點(diǎn)將包含 C 波段和中波段的多用戶大規(guī)模 MIMO。因此，當(dāng) 6G 真正扎根時(shí)，它將實(shí)現(xiàn) 5G 尚未兌現(xiàn)的承諾，以及更復(fù)雜的邊緣 AI。

西門子的 Squiers 表示：“機(jī)器對(duì)機(jī)器的通信模式將成為主流，而機(jī)器人、基礎(chǔ)設(shè)施、智能城市以及舊金山周邊的 Waymo 出租車都將發(fā)揮邊緣計(jì)算的作用。”

事實(shí)上，6G 可能是第一代機(jī)器通信比人際通信更重要的時(shí)代。“機(jī)器之間的邊緣計(jì)算將真正普及、可擴(kuò)展，并廣泛應(yīng)用于許多不同的垂直領(lǐng)域，”普渡大學(xué)校長、近期榮獲 IEEE 創(chuàng)始人獎(jiǎng)?wù)碌?Mung Chiang 表示。“應(yīng)用方面的挑戰(zhàn)在于，我們?nèi)绾嗡伎既藱C(jī)交互和使用需求之外的不同應(yīng)用領(lǐng)域。”

圖1：5G新空口（NR）及向6G擴(kuò)展中的間歇性機(jī)器對(duì)機(jī)器通信。資料來源：普渡大學(xué)6G全球路線圖分類報(bào)告

頻譜和頻率挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)上，每一代新移動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和推出大約需要10年時(shí)間，但周期正在壓縮。現(xiàn)在，從世界移動(dòng)通信大會(huì)和其他移動(dòng)技術(shù)大會(huì)設(shè)定的國際移動(dòng)通信(IMT)目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)到現(xiàn)在大約需要五年時(shí)間。

一個(gè)需要解決的技術(shù)問題涉及每個(gè)區(qū)域的頻譜分配。“頻譜是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，我們?nèi)绾卧?GHz以下頻段進(jìn)行改革，以支持未來的5G和6G，”Squiers說道。“美國國家電信和信息管理局（NTIA）和聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）負(fù)責(zé)管理美國的頻譜使用，但所有這些都必須通過與世界無線電大會(huì)（WRC）等國際組織簽署條約進(jìn)行談判，而通過IMT 2030，這些談判正在進(jìn)行中。例如，WRC已同意在2027年為6G分配7至8.5GHz頻段，但該頻段一直在變化。”

亞太赫茲和太赫茲頻段涵蓋100 GHz至10 THz之間的頻率，對(duì)于6G及更高級(jí)別的發(fā)展至關(guān)重要。Cadence公司指出：“這些頻率將補(bǔ)充包括6 GHz以下、中頻段和毫米波在內(nèi)的較低頻段頻譜。6G太赫茲通信提供了可觀的帶寬，可以有效應(yīng)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)目前面臨的頻譜稀缺挑戰(zhàn)。這為每秒太比特（Tbps）的無線連接開辟了激動(dòng)人心的可能性。 ”

圖 2：5G 和未來 6G 應(yīng)用的頻譜范圍。來源：Cadence

“大概在2030年到2035年，我們才會(huì)開始看到6G設(shè)備的真正推出，”Ansys的Carpenter說道。“特別是6G帶來的是更多的頻譜。WRC和FCC正在探索額外的替代頻段，包括中高頻段。這給軍方帶來了一些問題，他們不得不騰出部分頻譜，以便將其用于商業(yè)用途。”

目前尚不完全清楚 6G 的推出將有多復(fù)雜。“如果 6G 更節(jié)能，那么它將取代 5G，但這目前尚不明確，”弗勞恩霍夫 IIS/EAS高效電子部門負(fù)責(zé)人安迪·海尼格 (Andy Heinig) 表示。“目前，每個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)都需要更多的能源，從這個(gè)角度來看，繼續(xù)使用舊標(biāo)準(zhǔn)是有意義的。在歐洲，我們面臨的問題是，由于其他標(biāo)準(zhǔn)所需的頻段，非常老的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被關(guān)閉，所以非常老的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被取代。我預(yù)計(jì)，如果繼續(xù)使用 5G，6G 的 IP 成本一開始可能會(huì)更高，這是最終客戶或技術(shù)提供商需要支付的費(fèi)用。”

需要更多毫米波
要發(fā)揮 6G 的真正潛力，需要支持毫米波技術(shù)的更高頻率。“這也許是不同技術(shù)的混合搭配，”海尼格說。“如果我們要達(dá)到 28、34、38 GHz，只有采用更具體的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，這也會(huì)使其成本更高。另一方面，你需要更多的數(shù)字處理或數(shù)據(jù)處理能力。如果你真的想使用這個(gè)新頻段，你需要更多類型的芯片來滿足頻率要求。我不知道在不使用這個(gè)新頻段的情況下發(fā)展 6G 是否合理。但你需要這種新的芯片技術(shù)，或者你需要更多的芯片技術(shù)。”

從芯片設(shè)計(jì)的角度來看，即將推出的頻段有很多——28GHz、38GHz、40GHz甚至60GHz。支持所有這些頻段將是一個(gè)挑戰(zhàn)。“最終可能只會(huì)選擇一兩個(gè)頻段，”Heinig說道。“也許全球范圍內(nèi)的互操作性也存在問題，你需要在這個(gè)國家使用一個(gè)頻段，在另一個(gè)國家使用另一個(gè)頻段。你希望一切都非常靈活。由于需要高度集成的系統(tǒng)，我們在這里肯定會(huì)遇到這種多物理場問題。”

人們曾一度希望毫米波頻段的超寬帶能夠在28和39 GHz頻段良好運(yùn)行，但這種情況可能正在改變。“我們現(xiàn)在看到AT&T、Verizon和T-Mobile等運(yùn)營商在這些頻段的頻譜許可證到期，”卡彭特說。幾年前，他們花費(fèi)了數(shù)十億美元才獲得該頻譜的使用權(quán)，而如今他們甚至不再保留這些頻譜許可證，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)安裝和開發(fā)毫米波頻段設(shè)備的成本太高了。而且，覆蓋距離也大大縮短了。頻率提高10倍，覆蓋范圍就會(huì)縮小，有效覆蓋半徑也會(huì)隨之縮小，帶寬也會(huì)相應(yīng)地縮短10倍。那么，該如何克服這個(gè)問題呢？必須提高密度。必須在更多基站中安裝更多接入點(diǎn)，這成本極其高昂。此外，在毫米波頻段，為了產(chǎn)生射頻能量，會(huì)產(chǎn)生更多的熱量。由于射頻和毫米波對(duì)電子設(shè)備的要求更高，所以會(huì)浪費(fèi)更多的能源和熱量。由于所有這些原因以及其他更多原因，超寬帶可能會(huì)被用于更集中的應(yīng)用，例如體育場、火車站和地鐵站——這些地方人流密集，而且天線系統(tǒng)在視線范圍內(nèi)可見，所以確保環(huán)境中不會(huì)出現(xiàn)大量回聲，也不會(huì)出現(xiàn)大量多徑干擾接收器和自干擾。這類技術(shù)仍然會(huì)有用武之地，但許可證、需求和用例將集中在這些高密度、人口密集的開放空間區(qū)域。

還必須確定最新Wi-Fi協(xié)議的頻譜。Synaptics低功耗邊緣AI高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Ananda Roy表示：“Wi- Fi 7開放了6.0頻譜，該頻譜在全球多個(gè)地區(qū)正在接受監(jiān)管審查，但已獲得美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的批準(zhǔn)。”歐洲邁出了一大步，即使沒有開放全部 6 GHz 頻譜，也開放了其中的一部分用于 Wi-Fi 運(yùn)營。亞洲一些國家也開放了 6 GHz 頻譜，比如印度和日本。中國尚未開放。未來的 Wi-Fi 將只在兩個(gè)頻段運(yùn)行，即 2.4 GHz 和 5 GHz，但也將在 2.45 GHz 和 6 GHz 上運(yùn)行。這使得更多設(shè)備能夠接入 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)，帶來更密集的應(yīng)用。假設(shè)你的房屋彼此相鄰，比如酒店或多戶住宅。你可以讓多個(gè) Wi-Fi 設(shè)備彼此靠近共存。這將從 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5 中只有幾臺(tái)設(shè)備的情況轉(zhuǎn)變?yōu)?Wi-Fi 6 中的二三十臺(tái)設(shè)備的情況。現(xiàn)在，你可以有幾百臺(tái)設(shè)備在近距離運(yùn)行。這就是 6 GHz 將要扮演的角色。

技術(shù)采用
新技術(shù)的采用速度差異很大。5G 就是一個(gè)明顯的例子，它在不同國家和社會(huì)不同領(lǐng)域呈現(xiàn)出巨大的差異，而 6G 的差異可能更大。

“如果你生活在中國，擁有自上而下的政府和行業(yè)合作，你幾乎可以在一夜之間建成一座智慧城市，”西門子的斯奎爾斯說道。“說到全面實(shí)現(xiàn)5G的潛力，我認(rèn)為中國正在逐步實(shí)現(xiàn)其正在實(shí)現(xiàn)的功能。在美國，我認(rèn)為5G的潛力尚未完全實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)寬帶和遠(yuǎn)程醫(yī)療等超可靠通信領(lǐng)域的一些功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。5G兌現(xiàn)潛力的最佳案例或許是工廠中的機(jī)器對(duì)機(jī)器通信。我們在將5G（尤其是5G專網(wǎng)）融入工廠環(huán)境中，用于自動(dòng)導(dǎo)引車和與工廠機(jī)器人的通信方面做得很好。鑒于美國目前的形勢，這只會(huì)加速推進(jìn)。我們將在短期內(nèi)而非長期內(nèi)看到更多這樣的情況發(fā)生。”

普及速度緩慢的原因有很多。首先，在一些高度工業(yè)化的國家，電信選擇更多。“此外，監(jiān)管環(huán)境也使得運(yùn)營商難以隨意架設(shè)天線，”Squiers 說道。“需要經(jīng)過一系列流程，包括獲取土地、安裝基站，以及擴(kuò)建基站以支持新天線，而這些新天線對(duì)于 5G 所需的新頻譜至關(guān)重要。許多基站看起來像圣誕樹，他們在現(xiàn)有基站上懸掛了更多天線。此外，就辦公空間而言，我認(rèn)為小型基站的部署速度并不像人們想象的那么快。我認(rèn)為 Wi-Fi 的部署在工業(yè)企業(yè)中仍然占主導(dǎo)地位。5G 應(yīng)該會(huì)在某些區(qū)域，尤其是在高層建筑中，開始取代 Wi-Fi，但這需要隨著時(shí)間的推移才能實(shí)現(xiàn)。”

Ansys 的 Carpenter 同意基礎(chǔ)設(shè)施是一個(gè)問題。 5G系統(tǒng)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，涵蓋了數(shù)據(jù)傳輸、天線系統(tǒng)和所有相關(guān)技術(shù)，還包括服務(wù)提供商的計(jì)費(fèi)機(jī)制等。尤其是在北美，我們正在應(yīng)對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)革命興起時(shí)就遇到的基礎(chǔ)設(shè)施問題。我們當(dāng)時(shí)已經(jīng)部署了銅線基礎(chǔ)設(shè)施，但全身心投入蜂窩網(wǎng)絡(luò)并不劃算，因?yàn)楫?dāng)時(shí)每個(gè)人家里仍然有電話。但在那些缺乏此類基礎(chǔ)設(shè)施的新興文化或新興地區(qū)，情況并非如此。他們無需鋪設(shè)銅線，可以直接采用無線技術(shù)。這正是我們在北美看到的問題。我們在4G通信方面投入了相當(dāng)多的資金，甚至在一些早期的5G通信領(lǐng)域也投入了資金，但北美——或許還有歐洲——的運(yùn)營商的重點(diǎn)是增加5G服務(wù)，但要確保不會(huì)疏遠(yuǎn)任何使用3G、4G和4G LTE服務(wù)的用戶。在……其他文化中，他們還沒有在 3G 和 4G 技術(shù)上投入太多，也沒有被迫確保與舊設(shè)備保持兼容性。”

Carpenter 解釋說，迄今為止，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 3G、4G 和 5G 的混合部署，這必須與一些運(yùn)營商的 5G 獨(dú)立組網(wǎng) (5G SA) 服務(wù)分離。“一些客戶服務(wù)提供商不得不拆除并更換他們投入巨額資金的傳統(tǒng)設(shè)備，并安裝完整的 5G 獨(dú)立組網(wǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前 3GPP 對(duì) 5G 定義中所有功能的強(qiáng)大功能。”

T-Mobile 是一家全力投入 5G 的公司。“T-Mobile 選擇不去糾結(jié)兼容性問題，而是真正地將重心放在 5G 功能上，大力推進(jìn)，”Carpenter 指出。“如今，他們的用戶享受到的服務(wù)似乎獲得了很高的客戶滿意度。他們擁有良好的帶寬。他們在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這并非沒有付出努力。他們必須下定決心，全力推進(jìn)，并將這些設(shè)備安裝到位，而不必過多擔(dān)心向后兼容性。如今，他們正在收獲成果，我們也看到其他一些運(yùn)營商正在努力追趕。”

總體而言，更快的部署可以推動(dòng)美國技術(shù)普及率的提升。“很多應(yīng)用都是反復(fù)試驗(yàn)的過程，”普渡大學(xué)的蔣教授說道。“沒有人能夠完全準(zhǔn)確地預(yù)測人們將如何使用它，或者機(jī)器將如何使用它。你只需要部署和調(diào)整，并從已部署的技術(shù)中學(xué)習(xí)，就像上世紀(jì)90年代初到中期一樣。當(dāng)時(shí)，由于路由器和DSL寬帶的普及，我們能夠支持各種應(yīng)用程序。幾年后，雅虎、亞馬遜和谷歌也相繼出現(xiàn)。然后，人們開始學(xué)習(xí)如何在應(yīng)用層提供價(jià)值。這是因?yàn)槲锢韺雍蚆ac層都已經(jīng)部署完畢。”

圖3：按主要目標(biāo)部署環(huán)境組織的6G技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域。資料來源：普渡大學(xué)6G全球路線圖分類報(bào)告

在可預(yù)見的未來，從3G到6G的普及仍將參差不齊。“有些情況下，你可以保留所有網(wǎng)絡(luò)，而有些情況下，你不得不放棄3G，”蔣先生說。“然后你去另一個(gè)國家，說：‘好吧，你只能用4G LTE，而且你付給我的費(fèi)用也更少。’”

在某些國家，延遲甚至可能是因?yàn)楣妼?duì)新的射頻信號(hào)、發(fā)射塔和天線感到恐懼。“公眾教育對(duì)于幫助人們了解他們實(shí)際接觸到的輻射以及其危害至關(guān)重要，”Ansys 的 Carpenter 說道。“關(guān)于這些輻射水平究竟有多強(qiáng)，目前有哪些領(lǐng)先的研究？我曾嘗試幫助一些朋友了解，除非你離發(fā)射塔很近，否則放在頭邊的手機(jī)對(duì)你身體的輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)高于你頭頂上任何數(shù)量的蜂窩天線。蜂窩塔的總輻射功率可能高達(dá) 100 瓦。一部手機(jī)的最大輻射功率只有十分之二瓦或四分之一瓦，但手機(jī)就放在你的耳邊。所以，如果你對(duì)此特別擔(dān)心，那就戴上耳機(jī)，把手機(jī)遠(yuǎn)離頭部。”

結(jié)論
盡管 6G 網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)很復(fù)雜且昂貴，但肯定會(huì)出現(xiàn)像今天的互聯(lián)網(wǎng)一樣不可或缺的用例。

西門子的Squiers指出，要支持VR全息圖等未來范式，需要巨大的帶寬。“沒有6G就意味著放棄這類目標(biāo)和商業(yè)機(jī)會(huì)。我不認(rèn)為這種情況會(huì)發(fā)生。5G是一大步。我們確實(shí)取得了很多成就。就像任何事情一樣，這些都是一個(gè)連續(xù)的過程。5G的一個(gè)版本和下一個(gè)版本6G之間不一定是階躍函數(shù)。隨著技術(shù)突破和技術(shù)進(jìn)步，它會(huì)隨著時(shí)間的推移而進(jìn)步。”

Ansys 的 Carpenter 表示同意，一個(gè)不可思議的未來即將到來。它或許會(huì)誕生于麻省理工學(xué)院或印度理工學(xué)院的宿舍，也可能誕生于歐洲或東南亞的某所頂尖大學(xué)，但未來將會(huì)出現(xiàn)一些需要如此強(qiáng)大計(jì)算能力的應(yīng)用。這是一個(gè)應(yīng)用的世界。在應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域，未來將會(huì)出現(xiàn)一些殺手級(jí)應(yīng)用，它們絕對(duì)會(huì)推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)會(huì)議的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)3D群組會(huì)議的物理化。這對(duì)我們來說是難以理解的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)習(xí)慣了現(xiàn)有事物的局限性，就像互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代之前的人們一樣。我們需要密切關(guān)注那些初創(chuàng)企業(yè)和那些真正聰明的企業(yè)家——尤其是那些尚未被限制束縛的年輕工程師——的動(dòng)向，因?yàn)樗麄冞€沒有適應(yīng)這些限制。他們正是開發(fā)那些將推動(dòng)6G發(fā)展的殺手級(jí)應(yīng)用的人。當(dāng)這些應(yīng)用出現(xiàn)時(shí)，你會(huì)看到應(yīng)用的普及。不搭上這趟列車并推廣它，我們將別無選擇。我們不能……想象一下接下來會(huì)發(fā)生什么，但有些事情即將發(fā)生，打破了這種模式。有些事情即將發(fā)生，它將推動(dòng)這個(gè)領(lǐng)域，并使其變得絕對(duì)必要。