华为辟谣即将发射两颗卫星以抢占6G研发先机，现在谈6G还太早

　　文 | 魏兴
　　提要：
　　中国一家的5G基站数量就能吊打全世界，资本家们不会和钱过不去……我们要等到2030年之后才能看到6G的网络和产品，但在这之前很多年，我们会一直在新闻里听到6G技术的进展，和中美在6G技术上的竞争。
　　7月5日，互联网上突然传出了一个＂振奋人心＂的消息，许多媒体报道称华为公司将在7月份与中国移动公司和中国航天公司合作发射两颗6G卫星，以抢占6G研发的先机。但是在7月6日，华为中国的微博官方帐号就发出了辟谣贴，指出这是不折不扣的假消息。
　　图1 华为辟谣
　　事实上，通信行业的从业者都很清楚，现在谈论6G网络还太早，任何类似的消息都是炒作。
　　一.6G网络离我们还有多远？
　　5G并不是人类通信技术的终结,它仍然有很多不完善的地方,有待新一代的技术来解决。而通信技术从2G、3G、4G到5G，大约每10年就会更新换代,设备制造商和网络运营商都需要时间来赚取利润和消化投资,因此新一代网络通常不会太早投入使用。5G从2018年开始起步，2020年才获得比较大的发展，按照这样的发展规律，6G网络应该在2030年之后才会投入使用。
　　二.6G标准由谁来制定？
　　就在5G刚开始建网不久，世界各主要通信技术强国，包括芬兰、日本、中国等国，都开始研究下一代技术：6G。最高调的是美国，在2020年11月，美国电信行业解决方案联盟（ATIS）宣布，苹果、谷歌、英特尔等公司已经成立了美国的＂6G联盟＂，同时还有诺基亚、爱立信和三星等外国公司加入，致力于打造出一个排除中国企业的6G产业链。
　　首先国际移动通信标准化组织3GPP已经制定了全球的3G、4G和5G标准，所以6G标准肯定会以它为主来制定。但是如果美国不乐意，想要打造一个排除中国企业的6G标准，那也没问题，结果无非是世界上会有两套6G标准，美国的6G手机漫游到中国来就没用。这种事情不是没发生过，在十几年前3G标准向前演进的时候，美国高通公司为了推广它的专利占主导地位的CDMA2000EV-DO技术，就拉拢了一帮企业成立了3GPP2组织。当然EV-DO技术没什么人用，最后3GPP2组织就无疾而终了。
　　图2 5G基站数量预测（来源：IDTechEx）
　　中国是世界上最大的移动通信市场，没有之一。按照通信市场调查机构IDTechEx的预测，中国的5G基站数量将会占到全世界的一半以上。图2中统计条的下半部分蓝色代表中国市场，青绿色代表美国市场。中国一家的5G基站数量就能吊打全世界。资本家们不会和钱过不去，有中国企业参与的3GPP组织必然会受到所有主流企业的追捧。美国想单独整一个排除中国企业的6G标准，必然成不了主流。
　　三.6G通信制定的时间表是怎样的？
　　通信行业要制定一个通信标准，一般要经过四步：第一步是提出愿景，就是想要新技术提供什么样的服务，要从各种＂脑洞＂中选出可行的愿景；第二步是将可行的愿景细化成具体的指标要求，也就是制定KPI；第三步是各大公司和科研机构提出自己的技术方案，来实现这些KPI；第四步是在标准制定会议上公平竞争，选出最优的技术方案来写进标准。这四个步骤划分不是很严格，在实际工作中可以有重叠，而且整个流程是不停地滚动迭代的。
　　图3 IEEE提出的6G标准化工作时间表
　　对于6G标准化工作的时间表，国际电气电子工程师协会IEEE在2019年底展示了一份3GPP的标准化时间表，从2023年初到2025年中期是做研究，基本上覆盖了第一、第二、第三步，从2025年中期到2028年初是制定标准的过程，基本上覆盖第三、四步，在2028年底就可以开始生产设备了。
　　总体来说这个时间表有点太乐观了。目前国际上对于6G的愿景还处于＂脑洞大开＂的时期。比如，有机构提出6G要覆盖一切空间，包括太空、空中、地面和水下——笔者对覆盖水下这个要求感觉是无法理解；还有机构提出６G需要考虑覆盖人脑接口，进行体内监测——这太科幻了，而且有些不寒而栗。
　　图4 中兴公司提出的6G标准化工作时间表
　　2020年3月，芬兰举办了一次6G无线峰会，通过互联网远程进行。在这次峰会上中国中兴公司提出了一个6G标准化时间表，感觉要靠谱很多。在这个时间表中，从2021初到2025年中是研究基础技术和提出愿景的阶段，从2025年中到2027初是提出KPI的阶段，从2027年初到2029年底是提出技术提案的阶段，从2030年初开始才制定标准。设备生产肯定是要等到2031年之后了。这个时间表中还考虑到别的组织的贡献，包括制定视频压缩标准的MPEG组织等。
　　总之，我们要等到2030年之后才能看到6G的网络和产品，但在这之前很多年，我们会一直在新闻里听到6G技术的进展，和中美在6G技术上的竞争。
　　四.6G都有哪些愿景和技术可能被采用？
　　现在谈论6G技术，经常能看见许多过于科幻的想法，但是请相信通信标准化组织，经过会议讨论，所选择的技术一定是现实的和有市场潜力的。下面介绍一些通信业内普遍认为会被采纳的6G愿景和技术。
　　首先，5G并不完美，5G所实现的超高带宽，超大规模机器通信和超短延迟通信这三大功能是互相排斥的，并不能同时实现。而6G必然会同时实现这三大功能，即让超大规模的用户同时享受超宽的带宽和超低的延迟进行通信。实现这样的场景可不容易。
　　其次，6G通信必然会覆盖所有人类活动的空间，包括空中、野外。水下要不要覆盖真的很难说。实际上要实现这样的覆盖，必然会引进卫星通信。实际上，5G网络就将要支持卫星通信了。3GPP组织在2020年发布的Release17版的标准中，已经由法国泰雷斯公司牵头开始进行将卫星通信纳入5G网络的研究了。
　　最后，6G网络必然会更好地支持超高清晰度的VR/AR等应用，支持各种自适应算法自动满足客户的通信需求。
　　图5 6G网络可能采用的技术有很多
　　为了实现这些愿景，目前通信业内普遍认为会采用下列技术：
　　图6 电磁波频率划分
　　01 首先是太赫兹和可见光通信
　　太赫兹就是频率在0.1THz到10THz之间的无线电频谱。可见光通信也不是新鲜事，早在十几年前就有人研究，当时它叫LiFi。这两种技术都支持极高的通信速率，但也都有缺点：对日常物体的穿透性太低，非常容易被遮挡，在空气中的衰减严重，只适合小范围通信。
　　图6可见，太赫兹频段的左侧是微波频段，当然传统划分的微波频段与太赫兹频段有一点重叠（微波W、F、D波段都有部分高于0.1THz）。而右侧则是红外线频段。是的，光也是电磁波，太赫兹较高的频段已经接近可见光了。
　　之前人类绝大部分的无线电设备，包括卫星通信设备、微波传输设备和雷达等，工作频段都不超过100GHz，也就是太赫兹频段定义的下限。太赫兹频段对人类来说还是个空白，主要是因为这个频段的电子元器件的工作方式与原来相差比较大，一切都是未知领域。世界各国对太赫兹的研究是在最近20年才火热起来的，目前太赫兹相关的电子元器件产业还不够成熟，一切都在发展中，而我国在这一领域的研究水平处于比较领先的地位。
　　太赫兹频段用于通信，能使通信速率达到1Tbps以上，上百倍于5G网络的速度。因此可以说它是人类通信未来必然要采用的频段。在太空中，太赫兹用于卫星之间的通信，比激光通信的波束更大，对准要求低，速率比传统无线电要高很多，优势十分明显。
　　世界IT产业强国都对太赫兹进行了大量研究。美国、日本、欧盟等国际区域组织和国家对太赫兹通信技术发展十分重视，相关研究计划启动较早，并且在关键器件和原型系统方面都取得了众多成果和进展。美国太赫兹关键器件的产品种类和频段较为完备，产业链发展较成熟。2019年3月，美国联邦通信委员会FCC正式批准开放95GHz到3THz的太赫兹频段用于6G实验。日本电报电话公司NTT2006年实现了频率0.12THz、传输距离15km的太赫兹无线通信演示系统，完成世界上首例太赫兹通信演示，并在2008年成功应用于北京奥运会的高清转播。国际电联己决定将0.12THz和0.2THz划归无线通信使用。
　　目前我国的太赫兹通信关键分立部件及原型验证系统的研发能力与国际先进水平接近，集成芯片研发能力较弱，国内相关方向研究成果多集中于高校和研究院所等学研机构，产业成熟度低。因此，我们必须加强这方面的工作，才能立于不败之地。
　　国际上试验的太赫兹调制解调技术，包括太赫兹直接调制、太赫兹混频调制和太赫兹光电调制等。我国电子科技大学在太赫兹直接调制方面的研究水平处于世界领先的地位。
　　02 其次，6G必然会采用更新的调制技术和编码技术，以及超大规模的多天线技术
　　目前5G技术已经接近香农信道速率的极限，再先进的调制技术和编码技术对信道利用率的贡献也不大了。但是有一个技术必然会使用，就是超大规模的多天线技术，或者说是相控阵天线技术。目前没办法使用这个技术的原因是发射功耗和基带处理功耗太大，但是10年后随着半导体技术的发展，这个限制一定会被克服或者缓解。
　　03 最后，未来的通信网一定会采用AI技术来处理数据传输
　　AI技术能满足不同用户的不同需求，自动灵活地分配通信资源，这是在通信网络设备中应用的AI技术，将会对通信设备行业有革命性的影响。
　　许多业者看好的两个革命性的技术，在此重点提一下：
　　一个是压缩感知/压缩采样技术，对目前数字通信领域里普遍遵循的香农-奈奎斯特采样定律做了革命性的改进，能够节省大量的数据处理资源。
　　另一个是同频率同时全双工通信技术。目前的双向无线电通信，接收和发射要么不在同一频率上，要么在同一频率上但收发在时间上错开。而同频率同时全双工通信，能让设备在同一个频率上同时接收和发射无线电信号。打个比方，你在距离另一个人很远的位置，安静地仔细听才能听清对方说的话，这时候你要对着他狂喊，还要听清他说的话，这是非常难的，因为对方的声音被你自己的声音盖住了。然而这样的技术在无线电领域已经获得了突破。它能够大幅度提高无线电频谱的利用率。
　　总之，6G技术必然会让我们的生活更加美好，但是实现它还需要全世界的工程师和科学家持续努力至少10年。在产业链上我们还面临着以美国为首的西方国家的排挤，更需要我们静下心来，集中精力做好自己的工作。任何不实的炒作都是有害的。这一点，需要从业者以及媒体充分、正确地满足大众对于科技进展的好奇，而不是为了博眼球捕风捉影信口开河，请珍惜优秀的品牌，并在正确的时间，将正确的信息通过正确的渠道传递给正确的受众。