朱伏生暢談6G產業(yè)思考：2030年方能正式投入商用

  日前，由未來移動通信技術標準及產業(yè)發(fā)展推進委員會主辦，廣東省新一代通信與網絡創(chuàng)新研究院承辦，高通公司特別支持的第四屆“5G和未來網絡戰(zhàn)略研討會”在廣州日航酒店舉行。

  廣東省新一代通信與網絡創(chuàng)新研究院院長朱伏生在出席峰會時表示，6G應用主要應用分為消費互聯網、行業(yè)互聯網、應急通信和泛在互聯網。朱伏生預測，6G網絡至少要到2020年才會開始研發(fā)，2030年方能正式投入商用。

  此外，在介紹6G候選技術時，朱伏生認為，人工智能廣泛應用于6G;6G不能僅僅視為一種無線通信技術，而是激活了帶寬達到400THz的可見光譜資源;MIMO/Massive MIMO 仍然是提升容量的重要手段等。

  移動通信的趨勢和挑戰(zhàn)

  從2G引入數據能力以來，移動通信逐步過渡到數據時代，面對的是60%以上的移動數據年消耗增加。 VR/AR業(yè)務更是單用戶數據帶寬要求幾百M甚至上Gbps。 而對高清視頻、VR/AR沉浸式內容即便是5G也僅僅有可能改變現狀、實現部分用戶的期待。

  6G時代，則意味著真正物物通信的開始，可以滿足無所不在的任意設備之間的信息傳輸，人類真正的告別互聯網時代，進入物聯網時代。

  移動通信跨界融合越來越普遍。CT、IT、DT技術大融合，通信網會融合各種最新 的技術，比如虛擬化、人工智能、區(qū)塊鏈等。 天與地融合，衛(wèi)星通信與蜂窩通信也開始融合。 人類活動軌跡都需要通信，對人希望感知的地方也需要。

  隨著網絡架構越來越開放，內容與網絡的深度融合，促使網絡架構極度開放，內容隨處接入;MEC+CDN遠離核心網實現就近接入;MEC+GPU替代終端進行集中渲染;基站CACHE緩存，Wi-Fi AP緩存等。

  傳統(tǒng)的PSTN/PBX交換機，沒有復雜的上層管理，即便外網down掉，本地可以繼續(xù)使用。 從2G/3G發(fā)展以來的各代移動通訊架構，更為復雜，鑒權 ，用戶屬性和移動性描述，使得業(yè)務的集中性更強。但系統(tǒng)也更脆弱和安全性更差。

  考慮5G/B5G/6G對行業(yè)的重要性，簡易的系統(tǒng)總是更安全。朱伏生認為，簡約即美，通過簡約設置可以實現三大安全。

  一是對生物體的安全。 移動通信的各種電磁波輻射總是存在的，目前明確在GHz作用的頻率影響較小，但微波甚至THz級別的還需要研究。

  二是信息的安全。隱私泄露后造成的危害越來越大，黑產成為一個龐大的產業(yè)，促使信息安全、隱私保護越來越嚴，使得對用戶數據、運營數據都要進行嚴格的保護。

  三是產業(yè)的安全。通訊業(yè)是一個美國主導的全球化產業(yè)。美國的制裁、布拉格會議(5月2-3日，32個國家參加)需要從業(yè)者產生更多思考。

  不懂網絡的行業(yè)應用者對網絡QoS有需求，運營商需要依托設備商來滿足需求，但不同廠家之間的協(xié)調會成為一個瓶頸。這就需要既懂得網絡設備特性、網絡運營特點和行業(yè)業(yè)務需求的第三方出現， 有機結合行業(yè)痛點和網絡運營特點， 有效的調整網絡設備參數，最優(yōu)的滿足行業(yè)業(yè)務需求。

  在市場方面會呼喚網絡能力開放，超級業(yè)務編排，行業(yè)安全保證等新需求。

  6G的愿景思考

  6G除了對5G定義的8個指標進行了描述，引入了總頻譜支持能力和基站算力需求。 使用頻率帶寬反應了最后設備能夠達到和管理的能力。 基站算力是為了分析虛擬世界的支持能力，暫時以核心算法處理來衡量。特別是MEC，AI，BlockChain引入后，對5G/6G都是比較大的需求。

  6G的能力場景主要劃分為三大方面：一是基于通訊個體的自適應模式選擇。 通訊個體對周圍環(huán)境進行認知，通過AI選擇合適的方式發(fā)起通訊請求。二是通訊場景描述貢獻服務。類似于代理進行業(yè)務擴大和信息收集，例如志愿提供服務的終 端對基站附近的環(huán)境進行感應和分析，包括拍照和雷達探測，將周 圍的場境情況同步給基站。基站形成了一個周邊環(huán)境的動態(tài)3D圖 (4維)，對終端需要的無線頻譜，信道路徑都作出最優(yōu)選擇。三是網元獨立工作能力。當網絡在傳輸鏈路中斷或系統(tǒng)核心網故障，本地具有部分業(yè)務能力，保障本地的呼叫，關鍵行業(yè)應用能正常進行。

  6G 承載的業(yè)務將進一步演化為真實世界和虛擬世界這2個體系。 真實世界體系的業(yè)務后向兼容5G中的eMBB、 mMTC、uRLLC等典型場景，實現真實世界萬物互聯的基本需求。虛擬世界體系的業(yè)務是對真實世界業(yè)務的延伸，與虛擬世界的各種需求相對應。 6G 創(chuàng)造的虛擬世界能夠為每個用戶構建AI助理 (AIA，AI assistant)，并采集、存儲和交互用戶的所說、所見和所思。

  虛擬世界體系包括: 虛擬物理空間(VPS)、虛擬行為空間(VBS)、 虛擬精神空間(VSS)。Genie 存在于的虛擬世界體系，不需要人工參與即可實現通信和決策制定。Genie 基于實時采集的大量數據和高效機器學習技術，完成用戶意圖的獲取以及決策的制定。

  6G應用主要分為消費互聯網行業(yè)互聯網、應急通信和泛在互聯網。2018年3月份，工信部部長苗圩透露，中國已開始著手6G移動通信技術的研究。朱伏生預測，6G網絡至少要到2020年才會開始研發(fā)，2030年方能正式投入商用。“2018年啟動6G概念研究;2020年正式開始研發(fā)6G技術;2030年開始6G商用?！?

  6G時間表

  6G候選技術分析

  在6G候選技術分析中，朱伏生重點介紹了6G和人工智能 、可見光覆蓋、THz頻譜的開發(fā)、OAM軌道角動量 、MIMO/Massive MIMO、同時同頻全雙工技術和頻譜管理和區(qū)塊鏈等技術。

  朱伏生認為，人工智能廣泛應用于6G。無線信道分析和物理層算法利用AI算法。基站對周圍環(huán)境通過AI進行語義描述，分幾個層面。基站360VR實時描述;地圖結合不可 見部分進行語義描述;周圍運動物體的輔助描述請求(例如汽車)。對無線網絡的維護采用AI算法進行業(yè)務量發(fā)展，規(guī)劃，運營及維護等進行新一代技術的應用 ，降低OPEX(人力和能源消耗)。

  在行業(yè)應用AI方面，朱伏生認為，對安防，繼續(xù)將MEC下沉到基站，本地具有識別能力，各種服務器提供異構體支持各種人識別，動物識別，車輛識別, 災害預警等業(yè)務。6G會建立智能制造本地業(yè)務，智能規(guī)劃企業(yè)所需的通訊需求，本地頻率需求及申請。此外，6G將延續(xù)5G中無人機和AI的結合，并將應用廣泛化，解決5G難以完成的應用。

  在朱伏生看來，6G不能僅僅視為一種無線通信技術，而是激活了帶寬達到400THz的可見光譜資源。 拓展下一代寬帶通信的頻譜，搶占空白頻譜、有效利用資源。與照明、顯示產業(yè)深度耦合，為通信帶來獨特優(yōu)勢。白光對人眼安全;無電磁污染，可以應用在電磁敏感環(huán)境(飛機、醫(yī)院、工業(yè)控制); 可見光通信兼具照明、通信和控制定位等功能，符合國家節(jié)能減排戰(zhàn)略;頻譜無需授權即可使用;可見光通信適合信息安全領域應用。 可見光通訊的業(yè)務場景可以覆蓋水下，高樓覆蓋(宏基站一般覆蓋很差)等。同時，朱伏生認為，6G技術的可見光覆蓋仍有需要解決的問題，器件問題，電力線和業(yè)務流的產業(yè)結合問題，上行鏈路設計問題。

  在談到THz頻譜的開發(fā)方面，朱伏生指出，“中國經過多年研究，在THz的產生，器件和生態(tài)鏈方面取得很大進展。每2年一屆的中國泰赫茲研究大會，到2018年10月，進行了4屆。也在THz通訊領域進行了很多研究成果。根據研究成果，THz通訊會對backhaul，relay方面產生直接影響。如果能解決方向性問題，預計可解決6G的小區(qū)覆蓋容量問題。部分研究也表明，THz信號也能夠通過反射波接受和恢復數據，這對移動組網是個好消息?！?

  朱伏生進一步表示，“憑借THz技術的發(fā)展，我們可以期望獲得Tbps的空口傳送能力。經過理論和實驗，1GHz帶寬可超過50Gbps， 采用Massive MIMO在更寬帶寬下，預計可以50*8(MIMO帶來的增益)*2.5GHz=1000Gbps?！?

  傳統(tǒng)的調制技術，使用頻率、時間、碼型和空間等資源作為自由度，而OAM調制技術將載波攜帶的OAM模式作為調制參數。利用OAM模式內在的正交性，將多路信號調制在不同的OAM模 式上，根據模式的不同區(qū)分不同的信道。由于具有OAM的螺旋波束可以構成無窮維的希爾伯特空間，因此理論上同一載頻利用OAM復用可獲得無窮的傳輸能力。

  OAM復用的頻譜利用率遠遠高于LTE、802.11n和DVB-T。朱伏生透露，“OAM軌道角動量的研究主要包括四方面：OAM波的調制產生和發(fā)射，特別是不同本征值; 傳輸特性研究;檢測和信號復原和組網的研究?！?

  朱伏生認為，MIMO/Massive MIMO 仍然是提升容量的重要手段 ?！癕IMO 技術通過多流實現容量的提升，對4G來說表現出很有效的方法。但對于5G來說，容量還是受限，特別是人口密集使用區(qū)，如高樓，體育場，大型車展或商場，通信量巨大。于是 Massive MIMO通過區(qū)域性的分開終端用戶所對應天線，從而達到大大提高容量的目的。

  本質上是將多個小型的MIMO基站(例如8*8)，組合形成大的基站集(例如32*32=16* (8*8)，即為16個MIMO基站)，注意容量并不是倍數關系?？梢园ㄈ騇IMO，定向MIMO。6G要保持高吞吐量，當毫米波，THz引入后，預計Massive MIMO天線數可以繼續(xù)增大， 例如192，1024等。形式也可能是大型智能表面(LIS)，附著于建筑物表面。

  在談到同時同頻全雙工技術時，朱伏生指出，從理論計算獲知，TDD和FDD的頻率浪費都在50%以上。頻率資源的稀缺性，使得本技術研究有必要;根據業(yè)界研究的現在水平，頻譜效率可以提升80%以上。朱伏生表示，目前存在的困難主要是：多天線MIMO全雙工 :多通道的射頻域抵消電路成本、體積;環(huán)境適應能力，自干擾信道變化，實時跟蹤收斂抵消;全雙工組網，基站間干擾消除，終端間干擾消除;幀結構和資源調度;全雙工器件和芯片: 連續(xù)可調時延器，沒有貨架芯片;射頻域抵消器件的非線性較高。

  此外，朱伏生認為，除了公共licensed頻譜外，隨著網絡越加致密化，基于區(qū)塊鏈的對一些不用的頻率的動態(tài)頻譜共享技術是趨勢。通過集中的頻譜訪問數據庫系統(tǒng)來動態(tài)管理不同類型的無線流量，以提高頻譜使用效率。 區(qū)塊鏈是分布式數據庫，無需中央中介即可安全更新。對于需要本地頻率的機構，設置LBRS，可以用于智能制造和現代醫(yī)院等場合，滿足本地高可靠性及保密通信的需求。

      作者：林想