看了这些6G原型样机，我想一觉睡到2030年
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2022-07-30 22:49
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梦晨 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
没想到，5G还没全面铺开，关于6G的消息就越发频繁了。
这一次，6G的研发呈现出一种与以往不同的情况——
除了各高校、三大运营商、通信基础设施行业的华为中兴等，来自手机厂商的声音也越来越多、越来越提前了。
国内这方面最早的消息，是2020年10月vivo发布了6G系列白皮书。而其内部6G项目启动据了解是在2019年就已启动。
OPPO与小米情况也相似，OPPO的首份白皮书发布于2021年7月，小米则是今年6月。
在通信行业，有着用白皮书的形式梳理近期进展、呼吁行业达成共识的传统，每一份白皮书都代表技术进展的一个关键节点。
具体来说，每一代通信技术的第一轮白皮书通常是以展望未来愿景，提出与讨论初步发展方向为主。
接下来将是一段时间的深入研究和试验验证，进一步细化技术路线。
于是就在最近，vivo再次引领了新阶段进展。
除了白皮书、提出6G系统总体框架之外，还率先对外展示了一系列6G核心技术原型机——
包括通信感知一体化的无线呼吸监测与目标测距测速，基于反向散射的极低功耗通信，以及AI通信四台原型样机。
△vivo通信研究院实验室
虽然这些原型机还在初期阶段、只在实验室环境下得到验证，但它们已经传达出一个信息——
6G不只是更快的5G
首先要说的，是6G技术中的通信感知一体化。
通感一体，说的是把无线感知和无线通信集成到一起，共享相同的频率，使用同一套硬件完成。
vivo通信研究院院长秦飞介绍，通信与雷达的共通之处就在于电磁波。
以往雷达波不携带任何信息，只是感知空间内物体运动造成的电磁场变化，而通讯波则不做感知只传输数据。
随着通信波频率的提高、算力的提高，经过一系列波形设计、多天线技术、通信解调算法与感知算法设计、干扰消除等技术处理，在6G中就能做到合二为一。
△vivo通信研究院院长 秦飞
通感一体的一个应用场景是无线呼吸监测。
由于人体呼吸时胸腔的起伏对无线信号产生的影响，接收信号的信道冲激响应也会发生周期性的变化，根据这个原理就能通过计算得到呼吸频率。
△vivo通信研究院通信预研组总监姜大洁介绍通信感知一体化的呼吸监测原型样机
支持呼吸监测场景的通信感知一体化原型样机频点是3.6GHz。在进行感知的同时网络信号的传输也不受影响。
未来，这套系统可以扩展到实时心率监测，以及在一定范围内感知老人是否跌倒等智能家居和健康养老等场景，连智能手环都不用带了。
△通信感知一体化—-呼吸监测原型样机的测试结果
以上这些场景属于6G通感一体化中的细力度感知，而粗力度感知的代表应用是目标测距测速。
△通信感知一体化—-目标测距测速原型样机
支持目标测距测速的原型样机中心频点4GHz，带宽400MHz，其中用于无线感知的资源开销是7%。
这次展示的是室内目标的实时测距和测速，而增加原型样机的发射功率和天线数目增加后，还可以支持室外的无人机或车辆的测距、测速和测角，未来用于智慧交通和无人机监测等场景。
未来，基于6G可以做到有信号的地方都能被感知。
与基于摄像头的视觉感知相比，6G无线感知不会被视线遮挡，同时避免了摄像头带来的个人隐私问题。
△通信感知一体化—-目标测距测速原型样机的测试结果
有了通感一体，接下来要说的是极低功耗通信，两者结合能极大拓展6G的应用范围。
5G提供的高传输速率、低时延等特点促进了物联网的发展。而6G能将物联网设备的功耗进一步降低，达到uW级别，甚至零功耗。
这样一来，部署物联网设备的成本大大降低。秦飞认为，未来极低功耗终端成本连1元人民币都不到。
这种终端在形态上类似于现在的苹果AirTag，但结合上6G的感知能力，功能和适用场景还会得到拓展。
6G极低功耗通信中最具代表性的技术是反向散射通信（Backscatter Communication）。
△低功耗通信—-backscatter反向散射原型样机
其原理是通过调节其内部阻抗来控制电路的反射系数，从而改变来自其它设备或者环境中的射频信号的幅度、频率、相位等，实现信号调制与发送。
在这方面，vivo与北京交通大学共同搭建了反向散射验证平台，目前已实现最高速率2Mbps的数据传输。
极低功耗通讯与当前技术相比在吞吐量、覆盖距离以及连接能力上都有一个质的提升，将来也会应用在物流跟踪、货物盘点、智能家居、传感器网络、环境监测等更多的场景。
△低功耗通信—-backscatter反向散射原型样机正在传输字母“vivo”
除了拓展应用领域，即使只看基础通信能力，6G也不只能做到速度更快、时延更低。
简单来说，6G通信系统将会内生支持AI，让AI服务于网络，提升系统灵活性，降低运维成本。
△AI通信原型样机
现场原型机的测试显示，使用基于AI的DMRS（解调参考信号）信道估计，在DMRS资源开销降低一半的条件下也能获得比非AI方案更低的误块率（BLER）和更高的吞吐量。
如果把AI用于通信的更多模块，也能在更多方面提升6G系统的性能，以支持从沉浸式VR、全息交互到实时远程控制乃至元宇宙的多种未来应用。
△AI通信原型样机的测试结果
目前展示的四个原型样机虽然都只在室内验证，但未来有望用于更多更广阔的真实生活场景。
那么，这个未来什么时候来？
从通信行业的发展规律来看，大约每10年技术就会演进一代，也就是4G、5G中G的含义，代表Generation。
按目前业内普遍预期，6G将在2030年开始投入使用。
现在能看到的这些6G初步成果，多在2019-2020就已经开始研发，整整提前了10年。
在5G尚未完全普及的今天，谈6G是否为时过早？
这个问题的答案，还要从通信技术发展史上找。
以史为鉴：为什么要提前预研？
我们现在用的移动通信技术，始于贝尔实验室在1947年提出的蜂窝网络技术设想。
蜂窝网络提出在网络覆盖的大区范围之内划分出多个小区，在每个小区建立基站。
这样终端设备不用抬高的发射功率就可以和最近的基站通信，使终端小型化成为可能。
到70、80年代，随着集成电路等行业的高速发展，这一设想终于成为现实，也就是以摩托罗拉“大哥大”为代表的1G时代。
随着人们对通讯需求的不断增长，用数字信号替代了模拟信号的2G时代很快到来，也迅速分成了GSM与CDMA两大技术阵营。
其中CDMA在理论上有更大的系统容量，不过研发难度较高，最终率先推出短信服务的GSM迅速占领了市场。
当时的无线通信领域，除了高通以外，多数玩家都把目光集中在GSM上，。
高通看好CDMA的长期价值，尽管开发周期长、成本高，也一直在坚持布局和推广并积累了大量的专利，形成垄断地位。
到了3G时代，虽然通信技术分为三大主流标准，但是都基于CDMA，让高通成为通信行业一整个时代的龙头。
后面的故事大多相似，4G的设想诞生在2002年，首次商用在2009年；5G技术的基础出现在2008年，首次商用是在2019年。
这些故事告诉我们，通信技术的回报虽大，但研发极长，也就意味着：6G提前10年布局也很有必要。
但掌握技术并不代表就能在通信行业取得成功。
回归通信的本质来看，信息的发送方和接收方需要“说同一种语言”。
要想在全世界范围内都能方便交流，就需要统一标准。
国际上，负责标准制定和维护的组织叫做3GPP（3rd Generation Partnership Project）。
3GPP成立于1998年，最早的目标是为第三代移动通讯系统制定标准而得名，并延续至今。
在4G时代，由于各家都想绕开高通的专利垄断，聚集在3GPP体系下主导了4G的LTE标准。
LTE由多国企业参与制定，避免了一家独大的状况而渐渐成为主流，击败了高通主推的UMB和英特尔主推的WiMax，一统江湖。
3GPP组织本身也不断扩大，到2017年已吸纳了40多个国家的超过500名成员。
5G时代，3GPP的影响力进一步彰显。早期5G三大应用场景就是由3GPP定义，最终3GPP标准也成为联合国下属国际电信联盟认可的唯一通用标准。
3GPP采用合作共识机制，吸引了整个通信行业，甚至传统通信之外的互联网公司、汽车制造商等纷纷参与进来。
在这种局面下，无论是网络运行商、基础设施厂商、芯片厂商、终端厂商还是应用厂商，要在未来6G时代占有一席之地都要持续投入、持续扩大在国际合作中的影响力，在不断地协商摩擦之中，把自己对6G的规划打造成行业共识的一部分。
总的来看，众多手机大厂提前10年预研6G并不奇怪，而是正当时。
6G行业如今形成了怎样的共识？
通信技术的每一代演进，纵向都是在前代基础上改进而来，横行也都与同时代的其他技术协同发展。
所以要真正了解6G，还是要从5G说起。
前面提到3GPP组织定义了5G的三大场景，分别是eMBB（增强移动宽带）、URLLC（高可靠和低延迟通信）和mMTC（大规模机器类型通信）。
正是大规模机器类型通信这个场景，将移动通信从以人为主体的信息消费拓展到了物联网和行业应用。
但与此同时，根据中国科学院院刊发表的《6G移动网络架构的六大特征》，5G也遇到了成本高、基站能耗高，以及与3G/4G网络的互操作带来运维复杂的挑战。
为解决这些问题，5G逐渐引入了网络切片、智能负载以及AI运维等新手段。
但这些手段属于从外部给5G“打补丁”，带来的效率提升远低于预期，不能完全解决问题。
因此，未来的6G网络，一方面要满足2030年以后的沉浸式 XR、全息交互、智能交通、元宇宙等应用的需求，在速率、时延、带宽等方面都要超越5G。
另一方面，还要满足按需灵活调度、具有内生的智能、内生的计算能力等特性。
这些行业共识，在vivo最新发布的白皮书《6G服务、能力与使能技术》中也有所体现。
在vivo看来，6G将通过超强通信、基础信息、融合计算三大服务，构建自由连接的物理数字融合世界。
要达到这个愿景，还需要通信公司、半导体研发公司、终端厂商、应用厂商等产业上下游共同努力，探索出具体的实现路径。
道理虽是如此，但提前整整10年去预研一项技术，对一个企业来说都是巨大的投入，也是必须要考虑的风险。
vivo能下定这样的决心搞6G研发，与其在2020年定立的“成为联接人与数字世界的桥梁”这一目标不无关系。
具体到6G上，vivo通信研究院院长秦飞认为，6G终端将成为“联接物理世界和数字世界的桥梁”。
我们6G研发不会设预算上限，只要认清楚一个事的价值，该投多少就投多少。
从这个角度看，vivo在手机上取得商业成功之后坚持投入技术，从商业模式创新转向技术创新，也为更多企业如何面对未来挑战指出了一条道路。
而且更为关键的是，中国的科技公司，在多年商业模式创新的积累之后，终于有机会在技术创新周期的发端，有机会投入、有勇气预研，有潜力去引领新一代基础技术标准了。
参考链接：
[1]https://www.3gpp.org
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/E4XsKOBSV_LNGkK7zVC0sw
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