移動通信的標準演進,大約十年一個周期。今年6月,3GPP宣布Rel-18標準版本凍結,標志著5G正式邁向全新的5G-Advanced階段。三個月后,3GPP首個6G標準項目6G場景用例與需求研究項目獲得通過。這標志著全球6G標準化工作正式進入實質階段。
高通公司技術標準副總裁、標準及產(chǎn)業(yè)組織負責人柯詩亞(Lorenzo Casaccia)
作為歷代移動通信技術演進的重要參與者,從進行創(chuàng)新的基礎研究、到參與標準制定、再到推動產(chǎn)業(yè)合作,高通在每一代蜂窩技術創(chuàng)新發(fā)展的過程中發(fā)揮了重要作用。在日前舉行的全球6G發(fā)展大會上,高通技術標準相關負責人受邀出席,分享了對于6G技術的看法,目前高通在6G方面的工作進展以及對于未來的展望,這也是高通首次在國內系統(tǒng)性介紹6G方面的愿景。
頻譜至關重要 或重耕5G頻譜+利用新頻譜
從歷史發(fā)展的角度而言,移動通信技術的演進是一個連續(xù)整體。因此,6G技術發(fā)展,建立在5G的基礎之上。
而對于蜂窩技術創(chuàng)新而言,則遵循一定的循環(huán)周期,比如愿景的確定要求階段,然后從基礎研究理念開始,到逐步進入概念驗證,以及接下來更具體的技術標準化階段,最終進入到試驗、大規(guī)模商用階段。過去數(shù)十年,這樣的創(chuàng)新周期在移動通信發(fā)展產(chǎn)業(yè)協(xié)同方面發(fā)揮了很好的作用。
目前,5G處于上量并向新用例擴展階段,5G-A階段完成首個版本,并開啟第二階段5G創(chuàng)新,而6G則處于愿景、基礎研究等階段。
頻譜作為移動通信技術中的重要組成部分,對于蜂窩技術的發(fā)展和演進至關重要。目前,全球尚未明確界定統(tǒng)一的6G頻譜,整個6G頻譜范圍仍在研究之中。ITU-R將研究新的候選頻段用于IMT-2030/6G,將在WRC-27會議上做出決定。
去年,中國率先在全球將6GHz頻段劃分用于5G/6G。6GHz頻段是中頻段僅有的大帶寬優(yōu)質資源,兼顧覆蓋和容量優(yōu)勢,特別適合5G或未來6G系統(tǒng)部署,同時可以發(fā)揮現(xiàn)有中頻段5G全球產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢。
高通公司技術標準副總裁、標準及產(chǎn)業(yè)組織負責人柯詩亞(Lorenzo Casaccia)指出,6G頻譜的劃分和使用十分復雜。6GHz是一個主要的備選頻段,它已經(jīng)在中國等地被劃分為蜂窩網(wǎng)絡頻段,但在其他地區(qū)則尚未被劃定。行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)一些對于7GHz和8GHz頻段的構想,這些頻段仍將引發(fā)長時間討論,其中存在的很多問題和挑戰(zhàn)都需要被解決。此外,還有其他頻譜也可能被納入使用。
很多6G中的關鍵技術受到頻譜因素的驅動。但正因為頻譜方面存在上述挑戰(zhàn)亟待解決,全球很多國家或地區(qū)逐漸形成一個共識:6G可能會與5G共存,或者需要重耕5G頻譜。
具體而言,從高通的視角,6G的關鍵技術包括空口設計、感知網(wǎng)絡、AI、能效和系統(tǒng)等幾個方面。
6G空口設計:四大關鍵驅動因素
在高通看來,與6G空口設計相關的關鍵驅動因素以及相關愿景包括如下四個方面,而這些都需要將頻譜納入考量之中。
一是提高所有頻段的頻譜效率。包括通過更佳鏈路性能實現(xiàn)約1.5倍頻譜效率增益;通過減少干擾和增加維度的聯(lián)合處理,在密集網(wǎng)絡中從云RAN實現(xiàn)約2-3倍網(wǎng)絡容量增益;基于機器學習(ML)的動態(tài)空口支持“超本地化”性能優(yōu)化等。
柯詩亞指出,提高頻譜效率至關重要的原因在于,某些國家或地區(qū)的6G可能需要在與5G相同的頻段部署。因此,需要證明6G相較于5G的優(yōu)勢,才能為6G的部署提供充分的理由。這就意味著需要證明基礎技術仍有提升空間,從而推動在同一頻譜上的技術演進。
二是在全新“FR3”中高頻段解鎖廣域寬帶接入(即6-16GHz)。目標包括支持智能手機中超8根接收天線下行覆蓋、Giga-MIMO基站高發(fā)射率;支持智能手機中超4根發(fā)射天線上行覆蓋、基站子帶全雙工接收畸變校正等。
在柯詩亞看來,6GHz、7GHz和8GHz頻段范圍最具前景。此外,這些頻段還必須在經(jīng)濟上可行。這意味著運營商可以在現(xiàn)有的5G甚至4G的相同拓撲結構上部署6G,并實現(xiàn)與當前5G在3.5GHz頻段上相同的廣域覆蓋。
“當然,如果從3.5GHz擴展到6GHz、7GHz或8GHz,由于頻率升高帶來的物理特性變化,覆蓋范圍也會有所縮減。因此,技術能否彌補頻率升高帶來的覆蓋損失就顯得尤為關鍵。MIMO,特別是超大規(guī)模MIMO,這種技術可以彌補頻率升高帶來的覆蓋損失。”柯詩亞強調。
柯詩亞指出,上述兩大領域的具體研究被視為6G發(fā)展的兩大基礎領域,有望在接下來的幾個月中開始新的研究。
三是提高未來調制解調器芯片組的性能。通過新的面積優(yōu)化和高能效編碼、調制與MIMO設計提高未來調制解調器芯片組的性能。
高通技術公司技術標準副總裁李儼指出,6G時代,隨著頻段上升,波長尺寸接近甚至小于終端尺寸,這為未來在手機中部署更多天線帶來可能。這就要求相應的芯片能夠支持更多天線,同時芯片中要運行更加復雜的算法,將眾多天線有機利用起來,支持更高速率和更大功率,從而提高如衛(wèi)星直連手機等通信應用的體驗。
四是在數(shù)據(jù)傳輸之外賦能綜合服務。包括面向戶外AR、新型終端、射頻感知、精準定位和無源物聯(lián)網(wǎng)等用例的跨層優(yōu)化設計等。
感知服務技術可行 商業(yè)模式需探索
隨著社會的發(fā)展和科技的進步,人們對通信網(wǎng)絡的需求不再局限于信息的傳遞,更加期望網(wǎng)絡能夠具備感知周圍環(huán)境和物體的能力,以實現(xiàn)更加智能化、自動化的應用和服務。
因此,ISAC(通感一體化)應運而生,也成為6G的關鍵技術之一,是指將通信與感知兩大功能協(xié)同的新型信息處理技術,使網(wǎng)絡實現(xiàn)從傳遞信息到感知世界的重大變化,助力“萬物互聯(lián)” 走向虛擬與現(xiàn)實相結合的 “數(shù)字孿生” 世界。當前,5G-A R19已開啟面向6G ISAC(通感一體化)的準備工作。
在柯詩亞看來,通感一體化是從5G延續(xù)至6G的服務,也受到頻譜使用的重要影響,通感一體化能夠利用所有移動通信可用頻譜來實現(xiàn)集成通信和感知能力,被視為電信行業(yè)頗具發(fā)展?jié)摿Φ娜聵I(yè)務領域之一。本質上相當于將電信網(wǎng)絡和蜂窩網(wǎng)絡看作一種傳感器或雷達來運行,從而實現(xiàn)全新的功能。網(wǎng)絡已不僅僅是通信網(wǎng)絡、電信網(wǎng)絡或數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡,更成為了一種感知網(wǎng)絡。
柯詩亞強調,通感一體化作為6G的重要技術之一,在技術上是可行的,但是要將其真正變?yōu)楝F(xiàn)實,不僅需要技術方面的支持,同時也要有行之有效的業(yè)務模式。
“從商業(yè)模式的角度而言,通感一體化還有很多值得討論的地方。許多蜂窩系統(tǒng)的新功能也都面臨著商業(yè)模式的現(xiàn)實問題,但這仍是一個非常具有前景的方向。要實時解決這些問題并非易事,這也是僅靠高通無法做到的,需要不同國家的不同運營商以及行業(yè)參與者共同探索一個可行的業(yè)務模式,才能真正地把它加以實現(xiàn)。但是從高通的角度來說,在技術上我們是有信心可以做到這一點。”柯詩亞說。
從系統(tǒng)到終端 AI將成6G顯著特色
如今,AI技術的快速發(fā)展,已經(jīng)成為對于基礎研究和技術創(chuàng)新的關鍵因素,“5G+AI”已經(jīng)在賦能千行百業(yè)的過程中發(fā)揮了重要的力量,那么6G與AI的結合將產(chǎn)生什么樣的化學反應?
在柯詩亞看來,對于AI的使用,6G相較于5G有兩大主要區(qū)別:一方面是將AI集成到系統(tǒng)中,作為系統(tǒng)能力的一部分,另一方面也作為一個重要用例。
首先,相較于5G時代AI/ML在終端或網(wǎng)絡獨立運行,以及在二者之間協(xié)調運轉,6G時代,原生AI/ML將分布在所有終端和網(wǎng)絡層。體現(xiàn)在ML在跨幾乎所有協(xié)議和層級的中端與網(wǎng)絡間自主運行;集成ML流程,以訓練性能并適應不同環(huán)境;數(shù)據(jù)融合以支持集成式動態(tài)ML生命周期管理等方面。
“6G的一個重要新領域會是AI/ML在空口上的應用,從而提升其效率,帶來更高效的無線系統(tǒng)。 3GPP已經(jīng)在推進如何在物理層應用ML技術的研究,這一技術還將持續(xù)發(fā)展,這是充分利用ML功能實現(xiàn)更好的無線空口的不斷發(fā)展的過程。 6G可以從一開始就將AI融入系統(tǒng)設計,而在5G中,這種設計是不可能的,因為5G已經(jīng)有一個現(xiàn)存的系統(tǒng)架構!笨略妬喺f。
其次,柯詩亞指出,6G將在2030年到2035年逐步到來,屆時AI將成為主要的流量來源之一。因此,無線系統(tǒng)需要能夠承載AI產(chǎn)生的流量。目前,5G的主要流量來源是視頻,而在6G時代,AI將成為一種流量的重要來源,因此很可能成為驅動6G上行鏈路用例的重要因素,因為會有大量物聯(lián)網(wǎng)設備可以為AI提供訓練數(shù)據(jù)。
隨著蜂窩網(wǎng)絡技術的演進,帶來的終端品類和形態(tài)的極大豐富?梢钥隙ǖ氖,6G的終端將更加豐富,而AI也同樣將成為6G終端的顯著特色。
在李儼看來,當前,終端中已經(jīng)通過加入專用的AI引擎,在本地處理大量數(shù)據(jù),而不需要跟云端做過多的互通操作,這樣既可以保護隱私,又可以提高響應速度,而隨著時間發(fā)展,終端側AI的能力會不斷加強。在2030年6G時代到來之時,終端的智能能力至少能夠達到初探通用AI的狀態(tài)。
高通技術公司技術標準副總裁李儼
“通用AI并非像今天用AI引擎去解決單一的任務,未來終端也不僅是今天所說的智能體這樣的概念。它的智能化會進一步增強,終端會在背后默默地處理很多數(shù)據(jù),去學習用戶習慣,學習網(wǎng)絡使用方式,主動地幫助用戶做很多事情。未來的形態(tài)有可能會是AI在使用6G通信為人們服務,這樣可能就會徹底顛覆未來終端的設計方法。因為現(xiàn)在所有終端,包括通信,都是圍繞著為人服務來設計的,這一點可能會是一個根本性的變化!崩顑皬娬{。
進一步提升能效 打造開放系統(tǒng)
3GPP在制定移動通信標準的過程中,始終將能效作為重要的考量因素之一。從早期的3G標準到如今的5G,在各個版本的標準制定中都融入了能效相關的要求和規(guī)范。
特別考慮到順應全球綠色發(fā)展趨勢,還是降低網(wǎng)絡運營成本,提高終端設備續(xù)航能力等因素,無論是系統(tǒng)側還是終端側,能效也同樣成為6G關注和聚焦的重要議題。5G自R16版本便開始對于能效關注,而在今年的R18、明年的R19和2027年的R20中,也將就這一議題持續(xù)推進。
在柯詩亞看來,在5G持續(xù)演進的過程中,這些提升能效的技術已經(jīng)經(jīng)過了一段時間的研究,因此在設計6G綠色網(wǎng)絡時能夠降低技術難度。
“當然,如今在5G領域已經(jīng)有很多通過終端與網(wǎng)絡協(xié)作、讓無線系統(tǒng)更加節(jié)能的想法和討論。在5G中,很難將所有這些想法從頭開始全部付諸實踐,但在6G中,我們希望能夠讓更多節(jié)省能耗的構想成為現(xiàn)實,從而進一步提高能效。”柯詩亞說。
與此同時,自5G技術開始便趨向于構建一個開放系統(tǒng),包括網(wǎng)絡功能虛擬化和軟硬件解耦、O-RAN/開放式前傳、基于IP的連接(用戶面服務)等,這些在6G技術中也將持續(xù)發(fā)展。二者的結合會讓6G技術的發(fā)展更加完整,絡設計或標準設計可以更好地適應虛擬化、功能解耦、軟硬件結合,和更節(jié)能的網(wǎng)絡設計等趨勢。
柯詩亞指出,這些領域的研究全部可以轉變?yōu)?GPP能夠切實推進的具體行動,可能是一種可以實現(xiàn)共享的設計,并且通過虛擬化網(wǎng)絡讓共享變得更容易。從總體擁有成本的角度來看,所有這些結合在一起可以推動更加高效的網(wǎng)絡發(fā)展。
除了網(wǎng)絡側外,降低終端側的功耗表現(xiàn)也十分關鍵。在李儼看來,由于6G會帶來更高的下行速率,終端功耗也會大幅增加。包括很多如待機、建立傳輸鏈路的初始化開銷,同時,終端進行數(shù)據(jù)處理也可能增加功耗。因此,在未來終端設計方面,需要保證用戶在功耗方面的體驗,這涉及到終端與網(wǎng)絡之間的協(xié)作,從而實現(xiàn)速率和功耗之間的平衡。
基礎技術創(chuàng)新 培育6G之樹
如果將蜂窩創(chuàng)新比作一顆大樹,每一代技術都在前一代的基礎上持續(xù)扎根。
以5G為例,包含很多創(chuàng)新,但并非所有創(chuàng)新都具有同等價值。一些基礎性創(chuàng)新構成了5G發(fā)展的“樹干”,作為支撐和塑造5G的基礎性技術,這些創(chuàng)新是從4G的基礎上演進而來;在這一基礎上再擴展出5G創(chuàng)新的“樹枝”(比如重要創(chuàng)新,使5G向新用例拓展和深入)和“樹葉”(創(chuàng)新數(shù)量繁多,但與其賴以構建的系統(tǒng)相比,影響較。纾瑢5G擴展至不同的用例和領域。
“值得一提的是,大樹可以沒有樹枝和樹葉,但沒有樹干便不再是一棵樹了。這表明,在每一代蜂窩技術中,創(chuàng)新的價值并不相同。6G的發(fā)展同樣如此,它將基于5G的技術基礎持續(xù)演進,在形成6G核心創(chuàng)新元素的同時,也會出現(xiàn)許多不同的附加元素,而這些元素或多或少是可選的!笨略妬喺f。
從這一點而言,在高通對于6G的愿景中有一些重要的理念,包括AI與蜂窩系統(tǒng)的深度融合,在5G相同頻段上部署6G提升頻率效率,通過網(wǎng)絡和終端間的協(xié)作來提高能效。在柯詩亞看來,超大規(guī)模MIMO、利用通信網(wǎng)絡實現(xiàn)的感知網(wǎng)絡也是6G“樹干”的重要組成部分。
至于樹枝和樹葉,即未來會出現(xiàn)什么樣的創(chuàng)新應用,因為這是對于技術的第二層或第三層的預測,柯詩亞表示下結論還為時尚早。
“由于當前5G這棵大樹仍在生長,我們仍在不斷地發(fā)展5G。例如,從高通的角度來看,有許多垂直行業(yè)正在5G技術下發(fā)展,并取得了不同程度的進展,比如汽車、衛(wèi)星、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)、廣播、無人機等許多領域,所有這些都是5G正在滲透的垂直領域應用。因此,這就是為什么很難從現(xiàn)在去預測6G的原因。但可以肯定的是,一定會有很多新的應用出現(xiàn),會有更多可用的計算、連接和AI帶來新的賦能!笨略妬喼赋。
在柯詩亞看來,高通不僅是技術標準的積極參與者,更是基礎技術的提供方,高通的使命是盡可能開發(fā)最好的通用技術,包括芯片、通信、計算、AI等方面。
“我們不敢斗膽去預測所有這些基礎技術被運用的形式,但高通是一個重視產(chǎn)業(yè)合作、并且與許多公司擁有長久合作關系的企業(yè),我相信合作伙伴們對于基礎技術如何運用到實際應用上更有經(jīng)驗。在我們打造的技術基礎之上,行業(yè)內的其他參與者可以更好地想象如何將技術轉化為終端用戶的應用!笨略妬喺f。
保持行業(yè)領導力 拓展全球合作
作為未來5到10年內標準化工作的重點之一,6G對于高通而言至關重要。高通一直專注于推動每一代移動通信技術的發(fā)展,深度參與了從1G到5G的每一代蜂窩移動通信技術的研發(fā),在6G時代,如何繼續(xù)保持行業(yè)領導力,引領行業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展?
對于這一問題,柯詩亞認為,歸根結底離不開努力研發(fā),除此之外沒有其他的解決方案和答案。當然,高通在標準化方面經(jīng)驗豐富,在無線技術標準化領域耕耘已久,不僅限于蜂窩技術,還包括Wi-Fi、藍牙和視頻編解碼的標準化。
“因此,對于高通而言,標準化以及推動標準創(chuàng)新始終是關鍵所在,我們對自身的經(jīng)驗充滿信心。這個行業(yè)中有許多優(yōu)秀的公司和充滿智慧的人才,這使得行業(yè)競爭非常激烈。在這樣的環(huán)境下,高通想要在6G領域保持創(chuàng)新領導力,只能通過大量的努力、投入和充分的規(guī)劃。例如,提早很多年開始技術研究,并且持續(xù)專注于重要議題等!笨略妬喺f。
蜂窩技術的發(fā)展演進,移動通信技術標準制定,離不開廣泛的產(chǎn)業(yè)合作。5G時代的到來,應用場景的廣泛拓展,使得技術標準的參與方不斷擴大,從手機、通信企業(yè)到汽車、物聯(lián)網(wǎng)以及行業(yè)企業(yè)。
而在6G時代,除了上述特征之外,在柯詩亞看來,一個明顯的特征是全球合作在擴展,有更多國家和地區(qū)加入其中。
以中國為例,在4G技術研究方面進入較晚,但到了5G時代,中國、歐洲和美國基本是同時進入5G研究。如今,中國成為世界上5G部署規(guī)模最大的國家,成為全球5G方面領先的市場,正因如此,中國對于6G的需求和用例的定義也非常重要。
“而在6G時代,我們預見印度將以類似的方式變得更加重要。定義5G技術時,在全球合作當中幾乎看不到印度的身影,但在6G時代,印度也成為6G用例與需求的推動者,目前也成立了6G相關的組織。因此,隨著每一代移動通信技術的發(fā)展,全球合作都在不斷擴大,有更多的地區(qū)提供建議和需求!笨略妬喺f。