“十四五”规划提出构建愿景,该着手准备6G了!

中国电子报|2021-11-16 17:36:47
作者:姬晓婷 来源:中国电子报、电子信息产业网

11月16日,工信部发布《“十四五”信息通信行业发展规划》(以下简称《规划》),其中将开展6G基础理论及关键技术研发列为移动通信核心技术演进和产业推进工程,提出要构建6G愿景、典型应用场景和关键能力指标体系,鼓励企业深入开展6G潜在技术研究,形成一批 6G核心研究成果。

根据“每十年更新一代”移动通信技术的产业规律,6G技术的准备工作需要开启。在6GANA(6G Alliance of Network AI)第二次会议上,中国工程院院士邬贺铨指出,每当新一代移动通信开始商用时,更新一代移动通信的研究就开始启动,它需要十年时间经过需求提出、标准提出、技术准备、试验才能走到商用,因此现在启动6G研究正当时。

6G需要什么样的传输性能指标?

0.1~1Gbps、1百万/Km2连接数密度、数十Tbps/Km2流量密度、毫秒级端到端时延、500+Km/h移动性是对5G提出的性能指标需求。有专家观点称,上述特征依然是6G需要关注的指标,但6G的需求绝不仅限于此。高通技术市场总监Danny Tseng在接受《中国电子报》记者采访时表示:“无线通信技术的基础特性将持续提升,6G将带来全新水平的速率、时延、覆盖范围和移动性等特征,6G也将在智能化、用户体验、可扩展性和易于部署等维度上引入全新特性。”

image001.png

5G、6G性能指标需求对比

通信数据是通信系统最重要的表征指标之一。紫光展锐首席技术专家(标准研究)潘振岗在接受《中国电子报》记者采访时表示:“在移动通信从语音为主转为数据为主之后,3/4/5G每代系统的数据速率指标都是以1个数量级进行提升,6G也是这样。”这些指标一般情况下特指通信系统的空口速率。而实际上,用户端到端的速率体验将会在这一水平基础上大打折扣。普通用户日常状态下能够流畅享受全高清视频通话的机会都不多,空口的极限速率更需要特定的条件支撑。

提升数据传输速率,需要频谱资源的支持,需要更高的频段、更宽的频谱。“当前讨论的太赫兹传输,基本上是0.1THz以上频谱,是当前得到利用的毫米波频段(20GHz~80GHz)的节奏合理的技术延伸。”潘振岗在接受《中国电子报》记者采访时提出了这样的观点。但同时,他也提到,高频段的传输距离、覆盖极其受限,这就要求要对太赫兹在未来通信系统中的定位有明确的把握。

image003.png

通信系统演进路线图 

6G需要什么样的通信芯片?

6G 需要性能更优的芯片吗?从当前市面上5G手机普遍搭载的5G通信芯片来看,7nm已成为芯片厂商首选。高通骁龙865Plus、华为海思麒麟990 5G、联发科天玑1000+均采用7nm工艺制程。根据中国移动发布的2020年《5G芯片评测》,华为麒麟990平均下载速率已经达到800Mbps,高通骁龙865、联发科天玑1000+平均下载速率也达到700Mbps。

潘振岗认为,以目前半导体领域对未来10年或15年的技术发展展望而言,当前研发的芯片能力将能够继续支持移动信息系统的发展需求。潘振岗表示,极高数据速率,考验的是数字基带芯片的计算能力和密度,5G时代使用的是12nmFinFET,预计7nm、5nm将延续较长的时间,之后将进入3nmGAA、2nmGAA时代。而6G时代将始于1.5nmGAA,在等效1nm和0.7nmGAA实现大发展。

Gartner分析师副总裁盛陵海在接受《中国电子报》记者采访时表示,要进一步提升传输速率,高耗能是需要解决的关键问题:“这不是通信技术的问题,而是物理问题。在一定的工艺下,传输的数据量更大势必带来功耗的提升。所以需要‘两条腿走路’,一边提升速度,一边降低功耗。但现在半导体芯片已经接近物理极限,英特尔规划的20埃已经是原子的物理尺寸级别,在此基础上再如何实现提升,便成了问题。”

6G有哪些典型应用场景?

赛迪智库无线电管理研究所曾编撰《6G概念及愿景白皮书》(以下简称《白皮书》)。针对6G的未来应用,《白皮书》提出了人体数字孪生、空中高速上网、基于全息通信的XR、新型智慧城市群、全城应急通信抢险、智慧工厂PLUS、网联机器人和自制系统七大应用场景。

关于6G的未来应用场景,潘振岗在接受《中国电子波》记者采访时指出:“6G应当满足‘无界’,即打破各行业、各领域的专业壁垒,实现深度渗透融合,需要根据用户需求不同,6G要实现对频谱、计算、存储资源的灵活调度。在6G网络中,频谱接入的趋势是以低频段为基础,高频段按需开启,实现低频段、毫米波、太赫兹和可见光多频段共存与融合组网,在覆盖、速率、安全等方面满足不同的用户需求。计算任务应该在终端、边缘节点、云端等实现灵活、实时的分割、下放和卸载,以匹配不同节点的计算能力和能效需求。

此外,潘振岗将“AI”视为6G技术服务的核心场景。例如,在医疗行业,AI辅助诊疗/癌症诊断、医疗影像智能识别等需要高质量的影像数据传输;医疗机器人需要低时延高可靠性的传输数据。在交通行业,AI技术应用在智慧桥梁健康监测与运维管理,智能航道技术、智慧码头、无人驾驶以及无人机配送等方面。基于大量传感器和机器人的检测数据收集,事故问题定位以及移动硅基预测是这些领域的突出需求。对于仿真设计,基于VR、AR技术进行数据传输时,需要高质量的数据传输通道;对于个性化生产和质量监控,工业互联网积累的大量且有价值的生产数据,需要低时延高可靠性的传输通道。而要满足上述场景需求,潘振岗认为,几个领域的新指标尚需重新定义,包括数字孪生等级、空天覆盖能力、计算能力、智能级别、感官指标、存储能力级别等。

image005.png

AI 应用的性能需求

图源:紫光展锐中央研究院《6G 白皮书》

此外,也有专家认为,引领6G发展的核心场景不仅限于支持AI应用。高通技术市场总监Danny Tseng在接受《中国电子报》记者采访时表示:“AI和机器学习赋能的端到端通信,频谱扩展和共享,新的无线空口设计,可扩展网络架构,通信系统的弹性以及物理世界、数字世界与虚拟世界的融合将成为引领6G之路的六大重点研究领域。”

6G要实现空天海地一体化?

更高频率、更高传输速率带来的直接结果便是覆盖面积受限。而物联网、AI等新技术的应用,必然对通信的全域覆盖效果提出了更高的要求。在潘振岗看来,“全域覆盖”实际上包括了两个不同方向的通信覆盖能力的延伸。一是向外的延伸,即空天地海一体化。二是向内的延伸,即体域网、新的人机交互等方面。

image007.png

空天地一体化网络总体架构

图源:紫光展锐中央研究院《6G 白皮书》

“要实现空天地海一体化,卫星、高空平台等的引入是必要条件。”潘振岗在接受《中国电子报》记者采访时表示,“近20年,地面移动通信系统走过了3G、4G、5G,这深刻影响且改变人们的生活。相比之下,卫星通信系统的历史更为悠久,而最近几年,随着oneweb、starlink的兴起,卫星通信又一次进入大发展前夜。”

盛陵海在接受《中国电子报》记者采访时表示,卫星通信将可能成为6G发展的重要方向。现阶段,很多偏远地区都没法布局到5G、4G基站,要实现“全域覆盖”,卫星通信可能是解决之道。但若布局卫星通信,又会面临着组网和维护成本、维修难度、轨道密集度、国际合作等在内的新问题。“整合卫星通信接收地面站、布局检查系统都会比4G、5G复杂得多。再者,组网问题如何解决,全球这么多运营商,是否需要各自发送卫星?这都是需要面临的问题。”盛陵海在接受《中国电子报》记者采访时提出了对卫星布网的疑问。潘振岗表示,6G需要重点考虑的是,如何将两条不同发展轨道的技术融为一体。最完全的融合模式是全面融合,即从组网到空口,完全实现无感对接。简单的形式是网络各自独立发展,通过多模终端完成多系统支持。

全域覆盖,对终端测的工程实现能力的挑战相对较小。对于基带处理能力而言,由于卫星通信的速率相对地面系统较低,因此不存在额外挑战。射频方面,需要考虑毫米波及更高频段、大带宽的支持能力,另外还需要考虑大规模相控阵天线涉及的TR组件。

“全域覆盖对系统侧的影响非常大。需要考虑星上计算、存储,星间通信链路/组网,还需要考虑宇航级的高性能处理器、大规模存储器,星间激光/THz通信等。”潘振岗在接受《中国电子报》记者采访时这样介绍道。

上述领域目前都存在技术瓶颈。可以从两个方面来解决:一是增强芯片自身的抗辐射、抗高低温能力,需要从材料、工艺、封装等方向解决。二是在设计上考虑极大的冗余、纠错方案。因为任何一种方案都决定了星上系统的处理能力无法跟地面系统相比拟,进而也会约束卫星通信系统的部分系统性能指标定义。此外,对于如何利用好频谱,提升多频段利用效率,也要重新规划6G系统的架构,促进各频谱资源各司其职,合理使用。例如提升射频器件的多频段支撑、灵活可配能力,设立更加智能的频谱感知、动态共享的规则、机制等。

【欢迎关注官方微信(微信号:中国电子报)】

关于中国电子报
中国电子报社是工业和信息化部主管的传媒机构,创建于1984年。目前,中国电子报社已经形成集报刊、网站、移动媒体、内参专报、图书出版、会议活动等于一体的立体化、多介质文化产品生产传播体系,成为电子信息产业凝聚行业力量、服务产业发展的载体和平台。