5G刚刚商用,6G竞赛就已正式开打!
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11月6日消息,国家科技部会同国家发展改革委、教育部、工业和信息化部、中科院、自然科学基金委在北京组织召开了6G技术研发工作启动会。


据了解,会议宣布成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组,其中,推进工作组由相关政府部门组成,职责是推动6G技术研发工作实施;总体专家组由来自高校、科研院所和企业共37位专家组成,主要负责提出6G技术研究布局建议与技术论证,为重大决策提供咨询与建议。


科技部表示,6G技术研发推进工作组和总体专家组的成立,标志着我国6G技术研发工作正式启动。


科技部副部长王曦当天指出,目前全球6G技术研究仍处于探索起步阶段,技术路线尚不明确,关键指标和应用场景还未有统一的定义。在国家发展的关键时期,要高度重视、统筹布局、高效推进、开放创新。


今天(11月7日),5G芯片供应商紫光展锐也宣布,已启动6G相关技术的预研和储备,对太赫兹通信、轨道角动量、甚大规模天线系统、甚高通量编解码、天地一体通信网等潜在6G关键技术进行了探索,并制定了6G技术原型研发推进规划。


而在此之前的9月份,国内领先的5G技术供应商华为创始人任正非在接受外媒采访就透露,华为早已开始了对于6G研究,华为的6G技术“也是领先世界的”。另外,今年6月,华为也曾向加拿大媒体确认,其已经开始在加拿大渥太华的实验室进行6G网络研发。


虽然,目前5G才刚刚开始商用,但是围绕着6G技术及标准的主导权的争夺已经正式开始。


一、什么是6G?


与5G不同,6G将着力解决海陆空天覆盖等地域受限的问题,包括整合卫星通信,以便实现全球的无缝覆盖。同时,6G还将向更高频段扩展以获取更大传输带宽如毫米波、太赫兹、可见光等,以满足流量、连接数急剧增长的需求。预计单终端峰值速率指标可以达到100Gbps以上,设备连接的密度可能会增长到每立方米数百个设备。


▲由学术界和工业界在不同的论坛提出的一般的6G目标

根据一些领先的供应商已经发布了6G要求的初始草案显示,6G的各项关键指标,相比5G要提高10-100倍。


此外,6G还将进一步增强 IT+CT+DT 的跨界融合,结合人工智能、大数据、云计算、区块链、新电池技术与量子信息等多项关键技术突破,不断推动通信技术变革。


目前 6G 仍处于研究启动阶段,具体的需求及技术方向仍不明朗,中美日韩竞争依然激烈,谁抢占先机谁就将获得更大的话语权。预计中美贸纠纷会加剧 6G 标准争夺的激烈程度,当然也不排除为了进一步国产替代、自主可控,最终全球会衍生出多套 6G 标准。


按照 6G 目前 2030 年商用的计划,预计 5G 生命周期至少能够维持 10 年,5G 是承上启下的一代通信技术,将个人通信进一步拓展到行业应用及物-物的通信,而 6G 将会进一步促进通信与行业应用及地域拓展的深度融合。通信技术的不断升级有效带动经济发展,未来通信技术创新势不可挡。


二、6G 需求核心驱动—海陆空天一体化


1、5G 三大基础场景对应三大应用需求


(1) eMBB(Enhance Mobile Broadband),增强型移动宽带。核心:Gbps 级的传输速率,满足高清视频、AR/VR 等大带宽需求。


(2) uRLLC(Ultra Reliable & Low Latency Communication),低时延、高可靠通信。核心:1ms 的空口间时延,满足车联网、无人驾驶、远程医疗等低时延、高可靠需求。


(3) mMTC(Massive Machine Type Communication),海量物联网连接。核心:100 万个/平方公里的连接密度,满足物联网、智慧城市等海量接入需求。


2、5G 非通信技术终点,覆盖地域仍受限


目前全球移动通信服务的人口覆盖率约为 70%,但受制于经济成本,技术等因素,仅覆盖了 20%的陆地面积、小于 6%的地球表面积。以我国为例,5G 时代仍会有 80%以上的陆地面积、95%以上的海洋面积无移动网络信号。



3. 海陆空天一体化为 6G 新增需求,扩展频段+覆盖成就泛在移动通信


(1)、6G 需求(5G 增强):流量、连接数急剧增长,跨界融合是关键


到 2030 年,通信用户流量与连接数将急剧增长,预计 2030 年我国流量增长约 100+倍,AR/VR/MR、裸眼 3D、8K UHD 等现有应用需求维度更为多元与深入。预计 2030 年全球物联设备接近 1 千亿,中国超过200 亿。



同时 6G 可以增强 IT+CT+DT 的跨界融合,需结合人工智能、大数据、云计算、区块链与量子信息形成关键技术突破和能力储备,使设备具备通信、计算、导航、感知等多种能力。


(2)、6G 新增需求:海陆空天一体化,频段+覆盖不断扩展


相对于 5G 的不同,6G 将着力解决海陆空天覆盖等地域受限的问题,包括整合卫星通信,以便实现全球的无线覆盖。

同时,6G 还将向更高频段扩展以获取更大传输带宽如毫米波、太赫兹、可见光等,进一步满足业务发展需求。



三、6G八大关键技术,促使通信技术升级


1、机器学习与AI加强


网络的复杂性、连接设备的数量“剧增”,将导致网络从经验中自我学习、自我优化、自我进化并灵活地提供各类新服务。


6G时代人与机器将和谐地互联、共存,全新的未来业务类型可能是智能体之间的智能互联。除了媒体数据、传感数据、控制数据等传统数据外,AI驱动的“智慧传输”将会是占据6G网络的全新数据类型,智能体间将能分享和传递AI信息,形成真正意义上的“智慧互联”时代。


2、灵活频谱共享提升效能


传统专用频谱分配方式使得频谱资源分配已满但利用率低下,导致移动通信系统面临频谱需求高但频谱资源严重短缺的矛盾。ITU-RWP5D频率需求报告指出,2020年全球和中国的频谱资源缺口为上千兆赫兹。


基于情景的、每秒级别的动态频率分配,将更为高效地使用较低频段中的宝贵无线电频谱。AI、区块链等技术的综合应用有助于动态频谱分配及频谱使用效率的提高。

3、新电池与无线能量传输提升性能


更高速率的数据传输、更庞大的连接数量和更广泛的范围覆盖,必然会带来能耗和成本的提升,这也使得高能效、低成本的系统化解决方案成为了推动6G的关键要求。


6G时代,我们可能需要固态电池、石墨烯电池等新电池技术,具备更高能量、更低成本、更长续航里程、更便于携带等特性。无线能量传输在一定条件下可能是延长电池使用寿命、避免频繁充电的可行方法。


4、自由空间光通信有待突破


光学自由空间通信是在室内场景中实现Tbps数据速率的关键推动力,也是用于高速接口的解决方案,是6G的可行技术。随着所谓的太赫兹(THz)差距不断缩小,电子和光学器件为超高速接口和可见光通信带来了互补的机会。这是6G领域中与特定但廉价的光学组件和系统解决方案进行短距离链接的机会。


光学自由空间通信将使得6G时代的室内外无线通信场景具备高数据速率,因此需要释放可见光的低频段无线电频谱以用于大范围使用。



5、太赫兹(THz)通信与Sub-太赫兹(Sub-THz)通信规模应用


对于未来的网络,6G将需要更宽的无线电带宽,但只能在THz与Sub-THz频段找到。该频谱的利用带来了许多挑战,但也带来了机遇。因此,尽管6G还将利用较低频率上的所有现有和未来频带作为移动蜂窝大面积覆盖的推动力,但无线电硬件研究将主要集中在该频谱领域。超高效的短距离连接解决方案将是6G的关键,而6G是未来更高频段可以发挥作用的领域。

不过,分子吸收对路径损耗具有重大影响,尤其是在距离较长时(在高达400GHz的频率下约为1…10dB/km)。但是,对于本地连接而言,与自由空间损耗相比,影响仍然很小,并且可以将THz无线电频谱划分为500GHz以上的大气吸收峰之间的有利频谱窗口。除技术界限外,在对无线电频谱进行分类时,还应考虑各种材料的渗透和表面的反射。

▲光谱窗口,自由空间损失和水汽吸收的影响距离为10米

下图给出了可用于5G和6G的频带的基本特性。应注意的是,从30GHz开始进入THz区域时,自由空间损耗的增加非常小。如果天线面积保持恒定,则通过增加天线增益来补偿自由空间损耗。而不是自由空间的损失,较高频率的缺点是RF硬件的复杂性和并行性增加,并且波束宽度减小,这在移动应用中产生了信号采集和波束跟踪的问题。

当前许多物联网场景都受范围,成本和电池限制,无法轻易扩展到更高的频率。相反,诸如传输全息视频之类的数据速率密集型方案要求带宽即使在当前的毫米波频谱中也不可用。需要根据子带的吸收和反射特性来安排THz频谱的频谱利用,以优化通信和其他应用的使用和重用。具体而言,在支持多种应用的方案中,必须通过仔细的频率规划来防止谐波产物的重叠。由于弱信号检测中的灵敏度是关键瓶颈之一,因此在频率调节中应优先考虑采取预防措施。

太赫兹通信是一个跨学科、跨专业的复合型技术领域,不仅需要通信技术的发展和突破,还需要高性能器件做支撑,尤其是大功率GaN太赫兹二极管的制备、大功率太赫兹固态电子放大器、高效率太赫兹倍频器混频器、高速高效的太赫兹调制器、高灵敏太赫兹相干接收器、太赫兹高速基带等方向。


6、大量使用多天线系统


当把THz、Sub-THz、可见光的频谱新增用于6G时代的移动通信系统之后,将需要运营商们能够利用多射线传播的多个天线系统,以获得更大的吞吐量,并用于精确定位以及无线能量传输。6G时代,基于超材料的大规模阵列天线的小型化与集成化将更为重要。


7、面向“大规模无线网络”接入方案


预计在6G时代,每平方米范围内平均会有超过10个无线终端设备,因此需要新的接入机制来以高效及可扩展的方式处理大量非正交用户数据。非正交多址接入技术(NOMA)将在6G时代蓬勃发展,在非正交多址系统中引入极化编码,从广义极化的观点出发,优化信道计划分解方案。


8、网络安全不断突破


6G时代可能将非个人设备用于个人通信,这将对生物认证和隐私带来诸多新的挑战。所以6G时代将需要采取全新的无线安全方案以使得相关通信系统能够应对由量子计算机发起的攻击。


四、5G第一梯队—中美日韩,6G时代竞争更为激烈


2018年7月16-27日,ITU-T第十三研究组全会召开,决定成立“网络2030”焦点组,面向2030-2040年的未来网络架构、需求、能力于用例,保持后向兼容,支持当前以及未来新应用。2019年3月25日,在IEEE的发起之下,全球第一届6G无线峰会在芬兰召开,邀请了工业界和学术界发表对于6G之最新见解和创新,探讨实现6G愿景需要应对的理论和实践挑战。2019年5月20日-24日,IEEE2019年国际通信会议(ICC2019)召开,大会主题为“EnpoweringIntelligentCommunications(赋能通信)”。会上众多专家及业内人士对6G时代如何实现智能通信的赋能展开了深入探讨。


1、5G时代,中美日韩处于第一梯队


据CITA和AnalysisMason的数据显示,在目前5G时代,中国在全球主要国家的5G竞赛中处于领先地位,与中国同处第一梯队位置的还有韩国、美国和日本。


据lplytics统计,截至今年6月15日,在全球5G标准必要专利当中,中国厂商的5G标准必要专利(SEP)占比高达36%,韩国占25%,美国和芬兰各占13%,瑞典占9%。而在企业公司的5G标准必要专利上,华为成了行业“领头羊”,其5G标准必要专利申请量为2160项,占比18%,领先第二名的诺基亚600余项(诺基亚为1516项)。


2、6G硝烟再起,强者恒强


中国:目前国内IMT2020新技术工作组已开始开展6G的总体研究,科技部2018-2019重点专项中11项与6G相关,信通院等单位牵头负责《后5G/6G系统愿景与需求研究》。2019年4月26日,毫米波太赫兹产业发展联盟在京成立,该联盟由信通院与产业界、科研院所等相关企业和专家共同筹建,旨在加快我国毫米波太赫兹产业发展,提升我国在通信领域的技术水平与产业化能力。同时由国家发改委、工信部、科技部共同支持举办的未来移动通信论坛(“Future论坛”)已发布《ApeekBeyond5G》等3本6G相关白皮书。ITU-T启动的FGNET2030研究,中国运营商也深度参与。2019年11月6日,6G技术研发工作启动会召开,国家6G技术研发推进工作组和总体专家组正式成立。


美国:6G的研发推进以政府资助高校的模式为主,重点研发“融合太赫兹通信与传感”的项目。近期,美国联邦通讯委员会已经正式投票决定将太赫磁波开放给6G技术试验使用。


日本:6G的研究工作以国内最大电信运营商NTTDoCoMo为主体,主攻太赫兹、轨道角动量等方向。


韩国:主要由三星负责6G技术预研。据韩国亚洲日报6月4日报道,三星电子已经成立了新一代通信研究中心,由6G研究组等先导解决组和标准研究组构成。


欧盟:欧盟2017年成立由德国、希腊、芬兰、葡萄牙、英国等跨国TERRANOVA计划,明确提出研发超高速太赫兹创新无线通信技术。欧洲电信标准化协会(ETSI)也逐步开展6G基础技术的研究项目及其他研发方向的征询工作。


跨区域的合作:近日,索尼、英特尔和NTT(日本电话电报公司)宣布,它们将合作开发6G移动网络技术。


3、规划:R20后标准满足6G需求,面向2030年商用


当下6G研究刚刚开始,预计2030年实现商用。


6G目前的主要进度:依据5G发展的实际情况,一方面分析现有系统的不足,另一方面分析未来的潜在业务需求,从而总结出未来移动通信系统的特征,设计未来移动网络需求愿景,并进一步探讨频率需求、技术和运营挑战、潜在创新机会等问题,并指出5G阶段不能满足从而需要进一步发展的6G需求。预计6G的众多需求将于R20以后的标准版本加以满足,2030年实现商用。



小结:


目前6G仍处于研究启动阶段,虽然未来具体的需求及技术方向仍不明朗,但是这并不影响各国、各大通信企业提前研究和布局。与之前的5G一样,在标准正式确定的多年之前,业界围绕关键技术方向和专利的布局早已展开。


以展锐为例,其在2014年12月正式启动5G研发,组建了5G团队。但是,直到3年半之后,2018年6月,首个国际5G标准才正式冻结。相比之下,高通、华为等厂商的5G研发启动时间更早。



同样,对于6G研发来说,需要一边开展5G研发,一边参与6G标准制定和对于6G标准进行预判,采用双向解读的讨论形式,帮助研发团队正确的理解6G标准,最终推动标准向有利于自己的方向发展。说白了,只有在6G领域拥有足够强的技术实力和专利布局,才能够有话语权,才能主导全球6G标准。而各国、各个通信大厂的纷纷启动6G研发,也正是为争夺未来6G标准的主导权。


虽然目前中国已经在5G领域取得了领先的优势,甚至在一定程度上超越了美国,特别是在5G商用方面。但是,不可忽视的是,在5G核心标准上,只有约1/3是由中国主导的。


此外,在6G领域,美国方面有着一定的先发优势,特别是在卫星通信技术方面。且不说美国政府在卫星通信技术上领先性,即便是美国商业航空技术公司也是不容小觑。


埃隆·马斯克的SpaceX公司的“星链计划”,就准备在2025年之前,发射12000颗卫星,组成一个覆盖地球无死角的“WiFi”。而在SpaceX之前,美国OneWeb公司的“星座互联网卫星系统”也计划发射900颗卫星,其中有720颗卫星将被发射到1200km轨道以提供全球互联网连接,使得用户不论何时身处何处,都能接收到OneWeb卫星提供的无线信号。此外,亚马逊的贝索斯也计划利用卫星组网,计划是将3236颗网络卫星送入太空,提供互联网服务。


相比之下,中国目前的优势主要还是在于地面基站的广泛覆盖。此前有数据显示,虽然中国与美国领土差不多,但是中国建了500多万个信号基站,而美国只有20万个。而对于6G来说,要解决海陆空天覆盖等地域受限的问题,不仅要整合地面通信,也需要整合卫星通信。因此,中国从政府层面加紧提前启动6G的正式研发也是非常的明智的。


从目前的情况综合来看,未来的6G的争夺主角必然将是中美。而到下一个十年,2030年6G商用之时,中美两个超级大国之间的格局也或将出现新的变化。


编辑:芯智讯-林子

资料来源:国泰君安、36kr

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