看了這些6G原型樣機，我想一覺睡到2030年

夢晨 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

沒想到，5G還沒全面鋪開，關于6G的消息就越發(fā)頻繁了。

這一次，6G的研發(fā)呈現出一種與以往不同的情況——

除了各高校、三大運營商、通信基礎設施行業(yè)的華為中興等，來自手機廠商的聲音也越來越多、越來越提前了。

國內這方面最早的消息，是2020年10月vivo發(fā)布了6G系列白皮書。而其內部6G項目啟動據了解是在2019年就已啟動。

OPPO與小米情況也相似，OPPO的首份白皮書發(fā)布于2021年7月，小米則是今年6月。

在通信行業(yè)，有著用白皮書的形式梳理近期進展、呼吁行業(yè)達成共識的傳統(tǒng)，每一份白皮書都代表技術進展的一個關鍵節(jié)點。

具體來說，每一代通信技術的第一輪白皮書通常是以展望未來愿景，提出與討論初步發(fā)展方向為主。

接下來將是一段時間的深入研究和試驗驗證，進一步細化技術路線。

于是就在最近，vivo再次引領了新階段進展。

除了白皮書、提出6G系統(tǒng)總體框架之外，還率先對外展示了一系列6G核心技術原型機——

包括通信感知一體化的無線呼吸監(jiān)測與目標測距測速，基于反向散射的極低功耗通信，以及AI通信四臺原型樣機。

△vivo通信研究院實驗室

雖然這些原型機還在初期階段、只在實驗室環(huán)境下得到驗證，但它們已經傳達出一個信息——

6G不只是更快的5G

首先要說的，是6G技術中的通信感知一體化。

通感一體，說的是把無線感知和無線通信集成到一起，共享相同的頻率，使用同一套硬件完成。

vivo通信研究院院長秦飛介紹，通信與雷達的共通之處就在于電磁波。

以往雷達波不攜帶任何信息，只是感知空間內物體運動造成的電磁場變化，而通訊波則不做感知只傳輸數據。

隨著通信波頻率的提高、算力的提高，經過一系列波形設計、多天線技術、通信解調算法與感知算法設計、干擾消除等技術處理，在6G中就能做到合二為一。

△vivo通信研究院院長 秦飛

通感一體的一個應用場景是無線呼吸監(jiān)測。

由于人體呼吸時胸腔的起伏對無線信號產生的影響，接收信號的信道沖激響應也會發(fā)生周期性的變化，根據這個原理就能通過計算得到呼吸頻率。

△vivo通信研究院通信預研組總監(jiān)姜大潔介紹通信感知一體化的呼吸監(jiān)測原型樣機

支持呼吸監(jiān)測場景的通信感知一體化原型樣機頻點是3.6GHz。在進行感知的同時網絡信號的傳輸也不受影響。

未來，這套系統(tǒng)可以擴展到實時心率監(jiān)測，以及在一定范圍內感知老人是否跌倒等智能家居和健康養(yǎng)老等場景，連智能手環(huán)都不用帶了。

△通信感知一體化—-呼吸監(jiān)測原型樣機的測試結果

以上這些場景屬于6G通感一體化中的細力度感知，而粗力度感知的代表應用是目標測距測速。

△通信感知一體化—-目標測距測速原型樣機

支持目標測距測速的原型樣機中心頻點4GHz，帶寬400MHz，其中用于無線感知的資源開銷是7%。

這次展示的是室內目標的實時測距和測速，而增加原型樣機的發(fā)射功率和天線數目增加后，還可以支持室外的無人機或車輛的測距、測速和測角，未來用于智慧交通和無人機監(jiān)測等場景。

未來，基于6G可以做到有信號的地方都能被感知。

與基于攝像頭的視覺感知相比，6G無線感知不會被視線遮擋，同時避免了攝像頭帶來的個人隱私問題。

△通信感知一體化—-目標測距測速原型樣機的測試結果

有了通感一體，接下來要說的是極低功耗通信，兩者結合能極大拓展6G的應用范圍。

5G提供的高傳輸速率、低時延等特點促進了物聯(lián)網的發(fā)展。而6G能將物聯(lián)網設備的功耗進一步降低，達到uW級別，甚至零功耗。

這樣一來，部署物聯(lián)網設備的成本大大降低。秦飛認為，未來極低功耗終端成本連1元人民幣都不到。

這種終端在形態(tài)上類似于現在的蘋果AirTag，但結合上6G的感知能力，功能和適用場景還會得到拓展。

6G極低功耗通信中最具代表性的技術是反向散射通信（Backscatter Communication）。

△低功耗通信—backscatter反向散射原型樣機

其原理是通過調節(jié)其內部阻抗來控制電路的反射系數，從而改變來自其它設備或者環(huán)境中的射頻信號的幅度、頻率、相位等，實現信號調制與發(fā)送。

在這方面，vivo與北京交通大學共同搭建了反向散射驗證平臺，目前已實現最高速率2Mbps的數據傳輸。

極低功耗通訊與當前技術相比在吞吐量、覆蓋距離以及連接能力上都有一個質的提升，將來也會應用在物流跟蹤、貨物盤點、智能家居、傳感器網絡、環(huán)境監(jiān)測等更多的場景。

△低功耗通信—backscatter反向散射原型樣機正在傳輸字母“vivo”

除了拓展應用領域，即使只看基礎通信能力，6G也不只能做到速度更快、時延更低。

簡單來說，6G通信系統(tǒng)將會內生支持AI，讓AI服務于網絡，提升系統(tǒng)靈活性，降低運維成本。

△AI通信原型樣機

現場原型機的測試顯示，使用基于AI的DMRS（解調參考信號）信道估計，在DMRS資源開銷降低一半的條件下也能獲得比非AI方案更低的誤塊率（BLER）和更高的吞吐量。

如果把AI用于通信的更多模塊，也能在更多方面提升6G系統(tǒng)的性能，以支持從沉浸式VR、全息交互到實時遠程控制乃至元宇宙的多種未來應用。

△AI通信原型樣機的測試結果

目前展示的四個原型樣機雖然都只在室內驗證，但未來有望用于更多更廣闊的真實生活場景。

那么，這個未來什么時候來？

從通信行業(yè)的發(fā)展規(guī)律來看，大約每10年技術就會演進一代，也就是4G、5G中G的含義，代表Generation。

按目前業(yè)內普遍預期，6G將在2030年開始投入使用。

現在能看到的這些6G初步成果，多在2019-2020就已經開始研發(fā)，整整提前了10年。

在5G尚未完全普及的今天，談6G是否為時過早？

這個問題的答案，還要從通信技術發(fā)展史上找。

以史為鑒：為什么要提前預研？

我們現在用的移動通信技術，始于貝爾實驗室在1947年提出的蜂窩網絡技術設想。

蜂窩網絡提出在網絡覆蓋的大區(qū)范圍之內劃分出多個小區(qū)，在每個小區(qū)建立基站。

這樣終端設備不用抬高的發(fā)射功率就可以和最近的基站通信，使終端小型化成為可能。

到70、80年代，隨著集成電路等行業(yè)的高速發(fā)展，這一設想終于成為現實，也就是以摩托羅拉“大哥大”為代表的1G時代。

隨著人們對通訊需求的不斷增長，用數字信號替代了模擬信號的2G時代很快到來，也迅速分成了GSM與CDMA兩大技術陣營。

其中CDMA在理論上有更大的系統(tǒng)容量，不過研發(fā)難度較高，最終率先推出短信服務的GSM迅速占領了市場。

當時的無線通信領域，除了高通以外，多數玩家都把目光集中在GSM上，。

高通看好CDMA的長期價值，盡管開發(fā)周期長、成本高，也一直在堅持布局和推廣并積累了大量的專利，形成壟斷地位。

到了3G時代，雖然通信技術分為三大主流標準，但是都基于CDMA，讓高通成為通信行業(yè)一整個時代的龍頭。

后面的故事大多相似，4G的設想誕生在2002年，首次商用在2009年；5G技術的基礎出現在2008年，首次商用是在2019年。

這些故事告訴我們，通信技術的回報雖大，但研發(fā)極長，也就意味著：6G提前10年布局也很有必要。

但掌握技術并不代表就能在通信行業(yè)取得成功。

回歸通信的本質來看，信息的發(fā)送方和接收方需要“說同一種語言”。

要想在全世界范圍內都能方便交流，就需要統(tǒng)一標準。

國際上，負責標準制定和維護的組織叫做3GPP（3rd Generation Partnership Project）。

3GPP成立于1998年，最早的目標是為第三代移動通訊系統(tǒng)制定標準而得名，并延續(xù)至今。

在4G時代，由于各家都想繞開高通的專利壟斷，聚集在3GPP體系下主導了4G的LTE標準。

LTE由多國企業(yè)參與制定，避免了一家獨大的狀況而漸漸成為主流，擊敗了高通主推的UMB和英特爾主推的WiMax，一統(tǒng)江湖。

3GPP組織本身也不斷擴大，到2017年已吸納了40多個國家的超過500名成員。

5G時代，3GPP的影響力進一步彰顯。早期5G三大應用場景就是由3GPP定義，最終3GPP標準也成為聯(lián)合國下屬國際電信聯(lián)盟認可的唯一通用標準。

3GPP采用合作共識機制，吸引了整個通信行業(yè)，甚至傳統(tǒng)通信之外的互聯(lián)網公司、汽車制造商等紛紛參與進來。

在這種局面下，無論是網絡運行商、基礎設施廠商、芯片廠商、終端廠商還是應用廠商，要在未來6G時代占有一席之地都要持續(xù)投入、持續(xù)擴大在國際合作中的影響力，在不斷地協(xié)商摩擦之中，把自己對6G的規(guī)劃打造成行業(yè)共識的一部分。

總的來看，眾多手機大廠提前10年預研6G并不奇怪，而是正當時。

6G行業(yè)如今形成了怎樣的共識？

通信技術的每一代演進，縱向都是在前代基礎上改進而來，橫行也都與同時代的其他技術協(xié)同發(fā)展。

所以要真正了解6G，還是要從5G說起。

前面提到3GPP組織定義了5G的三大場景，分別是eMBB（增強移動寬帶）、URLLC（高可靠和低延遲通信）和mMTC（大規(guī)模機器類型通信）。

正是大規(guī)模機器類型通信這個場景，將移動通信從以人為主體的信息消費拓展到了物聯(lián)網和行業(yè)應用。

但與此同時，根據中國科學院院刊發(fā)表的《6G移動網絡架構的六大特征》，5G也遇到了成本高、基站能耗高，以及與3G/4G網絡的互操作帶來運維復雜的挑戰(zhàn)。

為解決這些問題，5G逐漸引入了網絡切片、智能負載以及AI運維等新手段。

但這些手段屬于從外部給5G“打補丁”，帶來的效率提升遠低于預期，不能完全解決問題。

因此，未來的6G網絡，一方面要滿足2030年以后的沉浸式 XR、全息交互、智能交通、元宇宙等應用的需求，在速率、時延、帶寬等方面都要超越5G。

另一方面，還要滿足按需靈活調度、具有內生的智能、內生的計算能力等特性。

這些行業(yè)共識，在vivo最新發(fā)布的白皮書《6G服務、能力與使能技術》中也有所體現。

在vivo看來，6G將通過超強通信、基礎信息、融合計算三大服務，構建自由連接的物理數字融合世界。

要達到這個愿景，還需要通信公司、半導體研發(fā)公司、終端廠商、應用廠商等產業(yè)上下游共同努力，探索出具體的實現路徑。

道理雖是如此，但提前整整10年去預研一項技術，對一個企業(yè)來說都是巨大的投入，也是必須要考慮的風險。

vivo能下定這樣的決心搞6G研發(fā)，與其在2020年定立的“成為聯(lián)接人與數字世界的橋梁”這一目標不無關系。

具體到6G上，vivo通信研究院院長秦飛認為，6G終端將成為“聯(lián)接物理世界和數字世界的橋梁”。

我們6G研發(fā)不會設預算上限，只要認清楚一個事的價值，該投多少就投多少。

從這個角度看，vivo在手機上取得商業(yè)成功之后堅持投入技術，從商業(yè)模式創(chuàng)新轉向技術創(chuàng)新，也為更多企業(yè)如何面對未來挑戰(zhàn)指出了一條道路。

而且更為關鍵的是，中國的科技公司，在多年商業(yè)模式創(chuàng)新的積累之后，終于有機會在技術創(chuàng)新周期的發(fā)端，有機會投入、有勇氣預研，有潛力去引領新一代基礎技術標準了。

參考鏈接：
[1]https://www.3gpp.org
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/E4XsKOBSV_LNGkK7zVC0sw