6G可能是什么?

在过去三十年里,全球数据流量始终在经历无休止增长,甚至无停止趋势。国际电信联盟(ITU)曾经预测,按照目前的趋势来看,直到2030年全球移动数据流量每年增长速率将会达到55%。这个数字可能看起来并不直观,我们简单做一下翻译:2025年左右,全球移动数据流量可能达到607 EB,2030年达到5016 EB (1EB=106TB);从今年到2030年,全球移动数据流量将会提升100倍,这并不是一个小数字。来源:思科这也是我们认为6G可能会在2030年左右诞生的现实基础-----从古至今,人类始终有不可遏制的数据渴求,我把它叫做“数据/信息饥渴”。这自然而然是移动通信系统代际变化的源动力:用户对通信需求的提升是每一代移动通信系统要满足的首要目标,而新的通信技术是驱动每代移动通信系统变革的技术动力,两者缺一不可。2030年是一个学术和产业界都认可的里程碑(当然我们其实只能预测)。于是很多学者和公司都试图在今年开始探讨6G,对6G布局。vivo通信研究院在今年发布了《数字生活2030+》白皮书,全文分析了11个方面,呈现了29个场景。其中采用了大量的脑洞和案例,试图用未来的生活预测倒推未来通移动系统指标,这是一个很好的尝试。虽然产业界和大众对未来生活的脑洞比较偏向想象,但不被束缚的想象会带来很多未来十年可能出现的应用场景,这也会对通信技术研究趋势带来一定启发,比如“体貌孪生试衣魔镜”和虚拟试衣-----快速虚拟试衣镜在未来十年非常有可能实现,而这些“杀手级”却很有可能被通信研究人员忽略。虚拟试衣但是正如我之前所说,每一代移动通信系统的演进,都是由用户需求和技术发展共同决定的。单单用户需求并不能完全决定下一代移动通信系统的演进趋势,更重要的其实是,从技术角度,目前通信的技术发展能支持我们在6G做到什么?这是vivo的白皮书忽略,而我试图在本文中回答的问题。1.泛在智能与集体AI很多人曾经跟我说过,他们期望的通信是用户不可见的,也就是说无论何时、任何人走到哪里,都能随心所欲地传递信息,这就是整个通信行业的大远景之一“泛在通信”。但是这个通信愿景并未链接到现实体验。从个人需求来看,所有人其实都期望自己的居住环境更智能,这也是目前智慧城市、智慧家庭、智慧社区概念兴盛的由来。在未来十年里,通信行业普遍认为,人类生活将会呈现智能设备广泛部署,这些智能设备能够以最少的人工干预进行最优决策。我们周围的一切将会非常智能,甚至于可能能够智能操纵编解码、信号处理和感知通信结构。也正是基于这种判断,在目前几乎所有6G论文里都认为AI将会成为6G不可缺少的一部分,从而形成“泛在智能”。从另一方面说,随着智能设备的广泛部署和终端计算能力越来越强大,AI模型的训练和推理将很有可能下放到微基站或者网络边缘节点(比如雾联网fog-RAN),分布式AI训练和推理可能会成为未来主流。这和目前5G网络并未过多考虑AI训练相反,6G中很有可能会实现“集体AI” ------各个终端有望训练部分模型,通过网络传输带数据中心之后再进行模型整合。这样就利用低延迟、高带宽的通信技术把原本的单设备智能组合形成智能设备群,利用群体决策来实现更加可靠高效的“泛在智慧”。2.网络内生安全估计很多同学并不清楚,当前通信系统的安全性主要来自于网络不同层级的安全协议,比如大家很常见的加密协议,应用层主要采用HTTPS协议,传输层可能采用SSH协议-----这是一种“外挂式”和“补丁式‘的思想,“外挂式“安全配置并非不好,但是正因为基础网络本身设计时并未考虑安全标准,导致目前的移动通信系统在身份认证、接入控制方面暂时存在比较多的挑战和威胁。实际上,这种威胁正是物理SIM卡没有被eSIM卡替代的重要原因之一。因此,通信行业从业者期望6G网络不在依靠传统的、打包补丁式安全方案,希望能够让6G网络存在内生安全支持,在网络协议设计之初,就可以从用户、基站、边缘侧来构建整体安全体系。当然,具体的实现方式有很多种,我这里不在赘述。5G 身份认证面临的主要安全问题及 6G 潜在解决途径3.基于雷达上下文的通信感知一体化从整个电子工程行业的两大应用,雷达和通信本身来说,正在呈现一体化趋势。我这里提到的一体化,并非单单指代电子设备或者电磁波发射平台的一体化,其实上随着毫米波雷达的快速发展,越来越多毫米波雷达呈现小型化、民用化趋势,很多雷达也小到足够嵌入用户设备中。比如Google的Project Soli—--Google把毫米波雷达制作成芯片,嵌入手机终端,这样可以识别手势动作,从而隔空操作手机。从另一方面来看,5G中通信本身正在探索毫米波频段的商业可行性,相信随着整个毫米波产业链越来越成熟,十年以内毫米波通信设备成本有望大幅度降低。这样,在6G中通信和雷达射频有望在同一个用户终端同时出现,而得益于毫米波频段电磁波的强方向性、低绕射能力,整个通信的信号处理也越来越向雷达信号处理靠拢-----这正是通信感知一体化的趋势基础。发射一个波形同时完成通信和感知功能,这既能满足未来物联设备对本体环境感知的要求,也能满足未来物联设备通信的基本需求,同时还能够降低成本,可以说是一举三得。如果我们更深入想一层,当雷达和通信设备同时存在于一个终端上时,雷达可以为通信提供基本的信息,比如用户可以通过雷达设备的观测来识别和定位潜在通信对象,从而更方便的完成波束赋形等等通信算法,或者可以调用更多物理层安全策略来保护通信不受干扰。4.基于智能超材料的可编程无线电环境(没错,目前非常火的智能反射表面RIS就是其中一种)其实关于超材料的天线和射频器件已经研究了二十多年,但是并未对通信本身造成太大影响,这归根到底是因为目前实验室和产业链并不成熟。但是最近几年,市面上出现了越来越多基于超材料的天线,比如柔性天线和流体天线。液体天线爱立信已经完成可弯曲柔性天线的商业化制作,相信未来不久大家就会在家里看到相应的产品,而液体天线不仅仅可以弯曲,也可以在不被施加压力的情况下变化成各种形状,甚至能在被裁断之后自我修复,这对密闭空间中的天线设计会带来很大增益。另一种大有可为的超材料就是设计大型的智能反射表面(RIS),实现可以编程的无线环境。这里需要稍微解释一下,智能反射表面是一种可以通过电流控制通断,从而影响电磁波反射相位的表面材料,换一句更加通俗的话,智能反射面可以改变电磁波的电磁特性,从而影响周围的传播环境。比如在屋顶铺设RIS,可以通过编程配置无线电黑盒,或者加强屋顶信号向某一个方向的反射增益,从而起到中继的作用。实际上,RIS改变的不仅仅是传播特性,很多人认为它有望改变目前通信产业的无线收发器架构,这样不需要出传统射频链路中的混频或者本振,就可以有效完成无线电信号调制-----这大大降低了通信成本。5.大容量电池+低功耗终端解决方案这一项其实并不仅仅是通信技术,鉴于目前整个通信产业中用户对手机(终端)侧的感知最强,所以我把这一项单独拿出来说。我们在每一代通信都认为,用户设备的能力定义了每一代通信设备,这对6G依然如此。在本文中我们一开始就认为,6G很有可能会和AI深度融合,这样对用户设备来说,提出了吧比较高的计算和功耗要求,用户设备往往比以往更加耗电。传统的收发器组件主要基于半导体材料,比如硅和砷化镓(GaAs),这些材料会产生很多热量,但是功耗比相比对比较低的CMOS放大器往往很难提高超过300GHz,这意味着它们很难支持6G的大带宽和计算密集应用。其实从另一个技术路线来看,大容量电池并不一定真的成真,但是至少快充和充电正在如火如荼发展,这是另一种生态。或许如果有一天,我们的手机在任何地方能够快速充电,大容量电池也许真的并不需要。vivo今年设计了获得红点设计奖的可分离镜头系统,这种模块化实现也许同样能给低功耗终端提供一些思路-------拆掉一些无用模块,或许也可以降低用户功耗。Ending我们其实并不能预测每一代通信到底如何发展,但是在10年前的今天,我们却能够参与学术界和产业界关于6G实现形态的大讨论中贡献自己的观点。没有人是预言者,相信所有人总会有遗漏之处,但这同样并不影响我们对未来技术的追逐,真理始终应该越辩越明,相信如果有一天,大家就6G实现形态达成共识的时候,或许就是我们开始6G标准化的时候,那时才是真正的开始。 来源:知乎 www.zhihu.com 作者:甜草莓 【知乎日报】千万用户的选择,做朋友圈里的新鲜事分享大牛。 点击下载

6G可能是什么?

在过去三十年里,全球数据流量始终在经历无休止增长,甚至无停止趋势。国际电信联盟(ITU)曾经预测,按照目前的趋势来看,直到2030年全球移动数据流量每年增长速率将会达到55%。这个数字可能看起来并不直观,我们简单做一下翻译:2025年左右,全球移动数据流量可能达到607 EB,2030年达到5016 EB (1EB=106TB);从今年到2030年,全球移动数据流量将会提升100倍,这并不是一个小数字。

来源:思科

这也是我们认为6G可能会在2030年左右诞生的现实基础-----从古至今,人类始终有不可遏制的数据渴求,我把它叫做“数据/信息饥渴”。这自然而然是移动通信系统代际变化的源动力:

用户对通信需求的提升是每一代移动通信系统要满足的首要目标,而新的通信技术是驱动每代移动通信系统变革的技术动力,两者缺一不可

2030年是一个学术和产业界都认可的里程碑(当然我们其实只能预测)。

于是很多学者和公司都试图在今年开始探讨6G,对6G布局。vivo通信研究院在今年发布了《数字生活2030+》白皮书,全文分析了11个方面,呈现了29个场景。其中采用了大量的脑洞和案例,试图用未来的生活预测倒推未来通移动系统指标,这是一个很好的尝试。

虽然产业界和大众对未来生活的脑洞比较偏向想象,但不被束缚的想象会带来很多未来十年可能出现的应用场景,这也会对通信技术研究趋势带来一定启发,比如“体貌孪生试衣魔镜”和虚拟试衣-----快速虚拟试衣镜在未来十年非常有可能实现,而这些“杀手级”却很有可能被通信研究人员忽略。

虚拟试衣

但是正如我之前所说,每一代移动通信系统的演进,都是由用户需求和技术发展共同决定的。单单用户需求并不能完全决定下一代移动通信系统的演进趋势,更重要的其实是,

从技术角度,目前通信的技术发展能支持我们在6G做到什么

这是vivo的白皮书忽略,而我试图在本文中回答的问题。

1.泛在智能与集体AI

很多人曾经跟我说过,他们期望的通信是用户不可见的,也就是说无论何时、任何人走到哪里,都能随心所欲地传递信息,这就是整个通信行业的大远景之一“泛在通信”。但是这个通信愿景并未链接到现实体验。从个人需求来看,所有人其实都期望自己的居住环境更智能,这也是目前智慧城市、智慧家庭、智慧社区概念兴盛的由来。

在未来十年里,通信行业普遍认为,人类生活将会呈现智能设备广泛部署,这些智能设备能够以最少的人工干预进行最优决策。我们周围的一切将会非常智能,甚至于可能能够智能操纵编解码、信号处理和感知通信结构。也正是基于这种判断,在目前几乎所有6G论文里都认为AI将会成为6G不可缺少的一部分,从而形成“泛在智能”

从另一方面说,随着智能设备的广泛部署和终端计算能力越来越强大,AI模型的训练和推理将很有可能下放到微基站或者网络边缘节点(比如雾联网fog-RAN),分布式AI训练和推理可能会成为未来主流。这和目前5G网络并未过多考虑AI训练相反,6G中很有可能会实现“集体AI” ------各个终端有望训练部分模型,通过网络传输带数据中心之后再进行模型整合。

这样就利用低延迟、高带宽的通信技术把原本的单设备智能组合形成智能设备群,利用群体决策来实现更加可靠高效的“泛在智慧”。



2.网络内生安全

估计很多同学并不清楚,当前通信系统的安全性主要来自于网络不同层级的安全协议,比如大家很常见的加密协议,应用层主要采用HTTPS协议,传输层可能采用SSH协议-----这是一种“外挂式”和“补丁式‘的思想,

“外挂式“安全配置并非不好,但是正因为基础网络本身设计时并未考虑安全标准,导致目前的移动通信系统在身份认证、接入控制方面暂时存在比较多的挑战和威胁。实际上,这种威胁正是物理SIM卡没有被eSIM卡替代的重要原因之一。

因此,通信行业从业者期望6G网络不在依靠传统的、打包补丁式安全方案,希望能够让6G网络存在内生安全支持,在网络协议设计之初,就可以从用户、基站、边缘侧来构建整体安全体系。当然,具体的实现方式有很多种,我这里不在赘述。

5G 身份认证面临的主要安全问题及 6G 潜在解决途径

3.基于雷达上下文的通信感知一体化

从整个电子工程行业的两大应用,雷达和通信本身来说,正在呈现一体化趋势。

我这里提到的一体化,并非单单指代电子设备或者电磁波发射平台的一体化,其实上随着毫米波雷达的快速发展,越来越多毫米波雷达呈现小型化、民用化趋势,很多雷达也小到足够嵌入用户设备中。

比如Google的Project Soli—--Google把毫米波雷达制作成芯片,嵌入手机终端,这样可以识别手势动作,从而隔空操作手机。


从另一方面来看,5G中通信本身正在探索毫米波频段的商业可行性,相信随着整个毫米波产业链越来越成熟,十年以内毫米波通信设备成本有望大幅度降低。这样,在6G中通信和雷达射频有望在同一个用户终端同时出现,而得益于毫米波频段电磁波的强方向性、低绕射能力,整个通信的信号处理也越来越向雷达信号处理靠拢-----这正是通信感知一体化的趋势基础

发射一个波形同时完成通信和感知功能,这既能满足未来物联设备对本体环境感知的要求,也能满足未来物联设备通信的基本需求,同时还能够降低成本,可以说是一举三得。

如果我们更深入想一层,当雷达和通信设备同时存在于一个终端上时,雷达可以为通信提供基本的信息,比如用户可以通过雷达设备的观测来识别和定位潜在通信对象,从而更方便的完成波束赋形等等通信算法,或者可以调用更多物理层安全策略来保护通信不受干扰。


4.基于智能超材料的可编程无线电环境(没错,目前非常火的智能反射表面RIS就是其中一种)

其实关于超材料的天线和射频器件已经研究了二十多年,但是并未对通信本身造成太大影响,这归根到底是因为目前实验室和产业链并不成熟。但是最近几年,市面上出现了越来越多基于超材料的天线,比如柔性天线和流体天线。


液体天线

爱立信已经完成可弯曲柔性天线的商业化制作,相信未来不久大家就会在家里看到相应的产品,而液体天线不仅仅可以弯曲,也可以在不被施加压力的情况下变化成各种形状,甚至能在被裁断之后自我修复,这对密闭空间中的天线设计会带来很大增益。

另一种大有可为的超材料就是设计大型的智能反射表面(RIS),实现可以编程的无线环境。这里需要稍微解释一下,智能反射表面是一种可以通过电流控制通断,从而影响电磁波反射相位的表面材料,换一句更加通俗的话,智能反射面可以改变电磁波的电磁特性,从而影响周围的传播环境。

比如在屋顶铺设RIS,可以通过编程配置无线电黑盒,或者加强屋顶信号向某一个方向的反射增益,从而起到中继的作用。实际上,RIS改变的不仅仅是传播特性,很多人认为它有望改变目前通信产业的无线收发器架构,这样不需要出传统射频链路中的混频或者本振,就可以有效完成无线电信号调制-----这大大降低了通信成本。

5.大容量电池+低功耗终端解决方案

这一项其实并不仅仅是通信技术,鉴于目前整个通信产业中用户对手机(终端)侧的感知最强,所以我把这一项单独拿出来说。

我们在每一代通信都认为,用户设备的能力定义了每一代通信设备,这对6G依然如此。在本文中我们一开始就认为,6G很有可能会和AI深度融合,这样对用户设备来说,提出了吧比较高的计算和功耗要求,用户设备往往比以往更加耗电。传统的收发器组件主要基于半导体材料,比如硅和砷化镓(GaAs),这些材料会产生很多热量,但是功耗比相比对比较低的CMOS放大器往往很难提高超过300GHz,这意味着它们很难支持6G的大带宽和计算密集应用。

其实从另一个技术路线来看,大容量电池并不一定真的成真,但是至少快充和充电正在如火如荼发展,这是另一种生态。或许如果有一天,我们的手机在任何地方能够快速充电,大容量电池也许真的并不需要。

vivo今年设计了获得红点设计奖的可分离镜头系统,这种模块化实现也许同样能给低功耗终端提供一些思路-------拆掉一些无用模块,或许也可以降低用户功耗。


Ending

我们其实并不能预测每一代通信到底如何发展,但是在10年前的今天,我们却能够参与学术界和产业界关于6G实现形态的大讨论中贡献自己的观点。没有人是预言者,相信所有人总会有遗漏之处,但这同样并不影响我们对未来技术的追逐,真理始终应该越辩越明,相信如果有一天,大家就6G实现形态达成共识的时候,或许就是我们开始6G标准化的时候,那时才是真正的开始。



来源:知乎 www.zhihu.com
作者:甜草莓

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