6G：真正實現“萬物互聯”

張文欣

盡管5G技術剛剛進入實用階段，但一些國家的研究機構已把目光投向6G。芬蘭奧盧大學發(fā)布了全球首部《6G白皮書》，它基于70位專家在首屆6G無線峰會特別研討會上分享的觀點，系統地介紹了6G技術的發(fā)展趨勢。外媒從多個角度進行解讀：約10年后，依托6G技術將真正實現“萬物互聯”，人們的生活將出現巨大變革。

性能相比于5G提升10—100倍

6G的大多數性能指標相比于5G都提升了10—100倍。衡量6G技術的關鍵指標包括：峰值傳輸速度達100Gbps—1Tbps，而5G僅為10Gpbs;室內定位精度達10厘米，室外達1米，相比于5G精準了10倍;通信時延0.1毫秒，僅為5G的十分之一;信號中斷的概率小于百萬分之一;連接設備密度達到每立方米過百個。此外，6G將采用太赫茲頻段通信，網絡容量大幅提升。

從覆蓋范圍上看，6G無線網絡不再局限于地面，而是實現地面設備、海上設備、空中機載設備和太空設備的無縫連接，能夠打造一個集地面通信、衛(wèi)星通信、海洋通信于一體的全連接通信世界，沙漠、海洋等傳統移動通信網絡的盲區(qū)有望實現信號覆蓋。

從定位精度上看，傳統的通信網絡定位精度有限，難以實現室內物品的精準定位，而6G足以實現對室內小型物品的高精度定位。

另外，6G能夠與人工智能、機器學習深度融合，智能傳感、智能定位、智能資源分配、智能接口切換等都將成為現實。

幻想的場景將成為現實

據英國《新科學家》雜志報道，到2030年，隨著6G技術的到來，許多當前仍是幻想的場景都將成為現實，人們的生活將出現巨大變革。

隨著新型顯示、傳感和成像設備以及低功耗專用處理器等技術的發(fā)展，智能手機很可能被輕量的眼鏡替代，通過超高的網速實現超高的分辨率、幀速，并能提供虛擬現實、增強現實、混合現實合為一體的XR型服務，與我們的感官、運動無縫連接。

高分辨率的傳感成像設備、可穿戴顯示器、超高速的無線網絡，將能夠實時捕捉、傳輸和渲染遠程全息3D圖像。例如在會議中實時投影每個參與者，通過XR制造感知幻覺，讓身處不同城市的人們感覺像是共處一室。這在遠程教育、協作設計、遠程醫(yī)療、遠程辦公、高級三維模擬以及國防領域的應用都很廣泛。

移動通信技術更迭的意義，已經不止于解決人與人之間的無線通信以及隨時隨地無線上網的問題，而是要更好地解決物與物之間、物與人之間的聯系，也就是現在人們所說的物聯網。

所謂“萬物互聯”，是指將人、流程、數據和事物結合在一起，使得網絡連接的相關性更高，更有價值。“萬物互聯”能夠將信息轉化為行動，給企業(yè)、個人和國家創(chuàng)造新的功能，并帶來更加豐富的體驗和前所未有的經濟發(fā)展機遇。

舉個例子，人們可以用智能眼鏡控制很多東西。當一個人身處辦公室時，也可以向自己家里的智能家居設備下達指令，讓機器人做家務;隨時監(jiān)控家中的情況;呼叫無人車前來接自己出行，等等。

2030年以后，全球將有數以百萬計接入網絡的自動駕駛車輛及其他交通工具，運輸和物流都將更為高效。這些交通工具既包括在居所、學校、工作場所之間運行的無人駕駛汽車，也包括運送貨物的自動卡車及無人機。每一輛車和每一架無人機都將配備許多傳感器，包括攝像機、激光掃描儀和太赫茲雷達等。利用6G網絡，交通設備上搭載的計算機能快速融合生成周圍的環(huán)境地圖，包括可能碰撞的車輛、飛行器和行人等信息，從而實現自動駕駛，安全行進。

在6G時代，還有很多新技術等待我們去體驗：我們在飛機上將可以上網，同時不會影響飛行安全;登山運動員在遇到危險時，可以實時發(fā)送位置信息和求救信號，不會出現時延;艦船在海上航行時，船上的工作人員不用擔心與陸地失聯，6G可保證實時通信。

促進數字社會的包容和公平

據西班牙《國家報》報道，6G通信網絡的意義不僅在于技術層面，也在于社會發(fā)展層面。其社會驅動因素包括政治、經濟、法律和環(huán)境等方面的需求，可以進一步促進數字社會的包容性與公平性。

例如，該技術的普及能夠讓全球貧困人口、弱勢群體有機會享受教育、醫(yī)療保健等服務。具體來說，通過將衛(wèi)星通信與6G移動通信融合，能夠實現全球無縫覆蓋，網絡信號可以抵達任何一個偏遠的鄉(xiāng)村，讓那里的病人接受遠程醫(yī)療，讓孩子們接受遠程教育。

此外，在導航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、成像衛(wèi)星和6G地面網絡的聯動支持下，地空全覆蓋網絡能幫助人們預測天氣，快速應對自然災害。

相比于5G，6G具有更大的包容性和延展性，將不再只依靠傳統運營商來運營，而是能夠產生新的生態(tài)系統。由于引入頻段越來越高，網絡越來越密集，針對垂直市場的本地網絡將越來越普遍。這些本地網絡將由不同的利益相關者（包括地方政府、大型企業(yè)和機構）進行部署，從而驅動“本地運營商”模式，衍生出新的生態(tài)系統。也就是說，任何機構和企業(yè)都可以成為6G通信網絡運營商，在合法的前提下構建自己的6G網絡，為特定的客戶群體提供專有服務。

須解決諸多技術難題?

6G的高性能很誘人，但要解決的技術難題也不少。奧盧大學“6G旗艦計劃”負責人馬蒂·拉特瓦霍表示，6G的根本是數據，無線網絡采集、處理、傳輸和使用數據的方式，將推動6G的發(fā)展。也就是說，6G的相關研究就是按照6G標準，解決數據從采集到使用的各個環(huán)節(jié)的技術難題。第一個挑戰(zhàn)就是要攻克尚不成熟的太赫茲通信技術，實現理想中的通信速率。另外，隨著波段頻率增加，天線體積將越來越小。頻率達到250GHZ時，4平方厘米的面積上就足以安裝1000個天線，這對集成電子、新材料等技術來說都是巨大的挑戰(zhàn)。

從1G時代到5G時代，基站就像“交通樞紐”，在用戶和移動運營商之間架設起一座座信息交換的“橋梁”。在6G時代，“橋梁”建設將面臨巨大挑戰(zhàn)。基站建設要從陸地拓展到天空和海洋，空中傳輸的距離遠，水下傳輸的信號損耗大，無人機和艦船的通信又是動態(tài)的，這都需要協同部署。

因6G通信要向高頻段頻譜資源拓展，6G時代需要更多基站，“接力”完成信號傳遞工作。如今，地面基站大多架設在建筑物頂部。6G網絡要實現地面基站與無人機、衛(wèi)星的通信，那么基站就不僅要面向地面，也要面向空中進行信號傳播。地面、空中、海洋的信道模型都是不同的。地面基站沿著地表進行信號傳播，由于有建筑物、山峰的阻隔，傳播過程中信號會衰減得十分嚴重，有時還會出現雜波。地空信道雖然不會碰上困擾地面?zhèn)鞑サ母鞣N阻隔物，但因信道的俯仰角較大，每個角度的傳播特性存在差異。

在空中、地面、海洋傳播信號時，6G網絡會使用不同的頻率，這些頻率可能形成相互干擾，如何使之“通力合作”是需要解決的技術問題。

最后，安全性也是6G所繞不開的課題。到2030年，數字世界將與物理世界深度融合，人們的生活將愈發(fā)依賴可靠的網絡，這對通信網絡的安全提出了更高的要求。6G網絡應具備緩解和抵御網絡攻擊并追查攻擊源頭的能力。

6G時代的“萬物互聯”將產生海量數據信息。一方面，這些數據關乎個人和企業(yè)隱私，實現可靠的數據保護是6G推廣應用的前提;另一方面，實時處理這些數據需要成熟的邊緣計算技術，而邊緣計算面臨數據訪問受限、設備計算能力和存儲能力不足等問題。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com