项立刚：6G来了，会是什么样子？

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　　作者 项立刚(电信专家)

　　11月3日，科技部会同发改委、工信部等组织召开6G技术研发工作启动会。会议宣布成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组，标志中国6G技术研发工作正式启动。对此，有网友感叹：5G我还没用上，6G都开始研发了。

　　事实上，全球科研人员已经启动了与6G相关的早期工作。2019年3月24~26日，全球第一届“6G无线峰会”在芬兰召开。随后据韩国媒体报道，韩国主要移动运营商SK电信公司在6月12日和13日先后与芬兰诺基亚公司和瑞典爱立信公司签署了谅解备忘录，联手提升商用5G网络的性能，并开发6G相关技术，以便在下一代移动通信技术领域抢占先机并探索新的商业模式。

　　中国华为公司消费者业务CEO余承东近日在接受采访时表示，6G正在研发中，估计还需要10年时间。

　　2G时代，虽然也有数字通信能力，但上网是一个非常次要的功能，用户使用数据的量也非常小。电信运营商的核心网络、计费体系都是以语音为基础的。

　　3G从数字通信时代走向了数据通信时代。虽然语音还是非常重要，但不再是核心。数据业务成为重要业务，核心网络和计费体系也是以数据为核心的体系。这对于通信网络来说，是一次革命。

　　不过，3G的网络速度还是比较慢，4G则大大提升了网速，让用户体验有了极大的改善。4G的基础架构和基本能力与3G相比，算不上革命，只是一次技术演进。大量的4G业务，是在3G的基础上渐渐做起来的，只不过随着4G的到来，这些业务的效率得到了很大的提高。

　　5G可以说是一个革命性的改变。它不仅要求速度提升，在功耗、时延上也有更多的诉求。相比4G，5G要进行整个网络结构的调整与重建，核心网络、管理与计费体系也会发生巨大变化，甚至计费规则也要进行调整。在5G基础上形成的业务，不再仅限于信息的传输，而是由移动互联、智能感应、大数据、智能学习等整合形成的新能力。5G革命，是技术、管理、计费、业务模式、商业模式、业务形态等诸多方面的巨大改变。

　　现在研究6G的人，并不知道什么是6G，因为6G标准的最后确定，是需要国际电信联盟讨论认定的。现在的研究者只是对需求、技术、能力做出分析，形成可能性。那么，在5G已经解决了高速度、泛在网、低功耗、低时延、万物互联、安全问题的基础上，人类对于移动通信还有哪些需求呢？

　　移动通信发展到今天，最大的瓶颈是需要频谱。频谱是有限的，虽然理论上我们有大量的频谱可以使用，但是高品质的频谱并不多。要实现大数据量的信息传播，就需要使用高波段的频谱。卫星使用Ka波段的频谱，带宽是宽了，但是抗干扰是一个大问题。

　　有没有可能超越频谱进行移动通信？量子通信就是一个可能性，即通过量子纠缠技术进行信息的传递。目前人类还没有实现真正的量子信息传递，它的能力主要还是加密，但如果使用量子纠缠进行信息传播，就能让人类在移动通信领域跳过频谱的限制，实现突破。

　　另一方面，人类并非通过神经系统直接获取信息，而是通过眼、耳、鼻、舌这些器官，对信息进行感知、收集，再传输到神经系统，进行信息存储和处理。这不但效率较低，还会有很多信息丢失，或是出现信息的扭曲和变化。

　　同时，人类的信息存储主要通过脑细胞进行，它的稳定性也比较差，到了一定的年龄就不再生长，而且还会自然老化和死亡。让信息传输更直接，让信息存储更稳定，是人类未来必须要面对的一个选题。打通人的神经系统，用芯片来进行存储，用芯片来实现人脑信息沟通，是人类发展的重要一步。这个领域要实现真正意义上的突破，是一个漫长的过程，但一定是6G努力的方向。

　　目前，移动通信网络和卫星网络是两个独立的网络，各自运营，不能相互融合补充。6G时代，可能出现天地一体化的趋势，一个网络不仅可以通过地面基站进行陆地覆盖，还可以通过低轨道卫星和高轨道卫星进行共同组网，在地面上通过众多的直放站、小基站进行深度覆盖。这种网络的融合可以兼顾面与点，卫星保证了地球的任何一个角落都可能有网络存在。

　　同时，在人口密集地区，或当前网络不够密集的地区，甚至地面以下，如地铁、隧道、停车场、矿山等信号较差的特殊场所，也能进行深度覆盖。

　　过去，水下网络覆盖根本没有被考虑，6G时代可进行规划并取得突破，让水下通信成为整个网络覆盖体系的一部分。比如，在近海、江河、湖泊中，水体品质、水下生物、水下养殖产品、水体温度变化、水中营养物含量、污染物含量、水下堤坝位移度等诸多领域都需要监测。水下监测如果有网络覆盖，将在很大程度上提升监控和管理能力。

　　6G还可以在采集海洋数据，监测环境污染、气候变化、海底异常、地震或火山活动，探查海底目标，水下远距离图像传输，甚至军事领域，发挥至关重要的作用。

　　具体来说，水下无线通信可以采用水下电磁波通信、水声通信和水下量子通信等多种技术。频率高于10kHz，能够辐射到空间的交流变化的高频电磁波射频(Radiofrequency，简称RF)，在水下无线通信中会有较大机会。

　　通过技术能力的提升，达到100kbps以上的数据高速传输成为可能，还可以抵抗噪声的影响，实现相对较低的时延和低功耗，并有较高的安全性。射频通信有可能成为水下无线通信的重要选择。此外，水下激光通信和水下中微子通信也将成为广受关注的技术。

　　6G的重要一步，就是通过卫星、地面站、小基站、水下基站等技术和方式，把天空、地面、地下、水中联成一个整体，让网络真正地泛在。这些能力对通信业来说，目前还有不小的挑战。这些网络要想联成一个整体，形成新的商业模式，还有许多需要改进和完善的地方。

　　为了实现更大的带宽，必须把更多的频谱用于移动通信。在5G时代，800/900MHz被用于物联网IoT频段，3.4~3.6GHz、20~60GHz的频谱都被考虑用作5G，从而大大增加了可使用的频谱，提升了网络容量和带宽。

　　6G网络需要更大的带宽。5G的峰值速度是20Gbps，而6G的峰值速度会达到100Gbps；5G的单信道带宽为100MHz，通过多个1GHz的带宽进行组合，最后可以实现100Gbps的速度，而6G的单信道带宽会达到1GHz。要实现1GHz的单信道带宽，较低频段的频谱显然不足以支撑，这就必须把更多的频谱拿出来用作移动通信。

　　5G已经开始采用毫米波，可以预计，6G时代，太赫兹将进入人们的视野。太赫兹波的波长在3~1000μm，频率为0.1~10THz，是介于微波与红外线之间的电磁波。太赫兹波介于无线电波和光学波之间，这在一定程度上赋予了它和其他电磁波不同的特性。它兼具微波通信和光波通信的优点，拥有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性强等特征。

　　频率越高，通信容量就越大，这是通信领域的基本原理。太赫兹波的频率比目前使用的微波要高1~4个数量级，它能提供10Gbits/s以上的无线传输速率，这是微波无法达到的高度，它对解决信息传输受制于带宽的问题有较大的好处。

　　但太赫兹用来做远距离传输，很难有好的效果。今天的通信网，基本上是由光网络构建而成的骨干传输网络。用基站来延伸光网络形成移动网络，用户可以在不同的基站之间进行随意切换，做到随时随地从不掉线，又能保持高速度。

　　未来的移动通信网络，是大范围的蜂窝网络，需要进行远距离、大范围覆盖，蜂窝会越来越小。未来的网络会是在一个庞大的光网络下，通过以家庭为主要单位的众多小基站，形成一个超高密度、超高速度、密集部署的网络体系。在这个体系中，太赫兹技术能利用高速率、大容量和高穿透性，实现在家庭和办公环境的全面部署。

　　此外，电磁波频段越高，绕射、穿透能力越差。毫米波很难有穿透能力，因此在人口密集的城市里，无论是办公还是家庭部署，都存在较大问题。而太赫兹波因为接近光波，拥有较好的穿透性。同时它不需要和其他行业争抢频谱，故而可以实现大带宽。

　　传统的通信网络只承载语音一种业务，电信运营商的管理也是非常简单。但是到了5G时代，网络变得更加复杂。如果我们修建多个通信网络，也就是建立多个管道体系，一方面会大大增加社会成本，另一方面社会资源也是不够的。举个简单的例子，城市有电力、电信、污水等多个系统，都需要管道，如果每个系统都自己建一套管道，不但成本高，而且管理起来非常困难，这就需要用一套管道共享资源。

　　随着5G的发展，通信远不只是人类进行语音传输的网络，也不只是可以提供上网业务的网络。在5G网络上，还会承载大量的物联网业务、城市管理业务、智能交通业务、智慧家庭业务……这些业务可由一个网络共同承载，而且不同业务的安全性、优先级、资源分配都是不同的。

　　这样的网络，必须建立起强大的智能化管理模式，对不同的业务和用户进行智能化管理。因此，需要在网络中融入AI技术，对不同的用户、用户行为和终端进行识别，并在此基础上进行资源分配和资费管理。

　　一个值得探讨的问题是，未来6G的网络建设，是一个复杂的体系，对资源的要求极高，那么是否需要在一个国家建立几张网络呢？如果真是这样，一方面资源非常有限，另一方面网络之间的互相干扰也是很大的问题。与此同时，当网络深入到世界的每一个角落，一个地方若有三套或更多的网络覆盖，不仅是浪费，网络的品质也会受到很大影响。

　　基于此，6G时代可以探索在一个国家只建设一张全覆盖的网络。这样既可以充分利用资源，减少一个地方配置几套设备的浪费行为，还可大大减少站址租用的成本，也避免了网络之间的干扰。而且这样的网络品质更高，对用户的影响也会更小。

　　当然，也不可能把多个运营商变成一个运营商，导致完全没有竞争。这就需要网络和业务进行分离，在一个网络上，多家运营商利用相同网络提供各自的业务。电信运营商的竞争力，主要体现在管理、平台、研发、运营、服务和支撑等方面。各自的特点不同，提供的服务水平有差异，用户就能有不同的选择。

　　电信运营商使用网络的不同资源，可以向网络建设者支付费用。电信运营商可以在网络上建立自己的业务管理平台、计费平台、收费平台、业务支撑平台和客户服务平台，然后向个人用户、企业用户、机构用户提供不同的产品和服务。用户可用一个ID进行身份识别，同时使用多种不同的业务，而不必每一个业务注册一个ID。即一个ID，多种业务，一笔费用。

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