6G来了！三星发布6G白皮书，2028年商用！峰值速率是5G的50倍

2020-07-15 18:04 来源：腾讯网

7月14日，三星发布了名为「全民超链接体验」的6G白皮书，讲述了对下一代通信系统6G的愿景。6G，到底是超越想象的通信技术飞跃，还是下一个十年的工程白日梦，让我们拭目以待。

5G商用才刚刚开始没多久，已经有人开始大谈6G了，6G只比5G多一G？6G到底是超越想象的通信技术飞跃，还是下一个十年的工程白日梦？对此三星信心满满。

三星野心勃勃入主6G，预计2028年开始早期商用

从4G到5G，我们谈论的是低延时高速率。那么5G到6G，我们谈论的是什么呢？

去年秋天，是德科技（Keysight Technologies）就启动了美国早期的6G 研究工作。研究人员预计，频率范围在300GHz 到3THz的「亚毫米波」，将在2030年左右为6G 网络提供动力，此后还将为7G 网络提供动力。

7月14日，三星发布了一份名为「全民超链接体验」的白皮书，讲述了公司对下一代通信系统6G的愿景！白皮书内容十分详尽，涵盖了6G相关的方方面面，包括技术和社会趋势，新服务，需求，候选技术以及预期的标准化时间表。

令人惊讶的是，三星将预备在2028年推出6G服务，比美国预计的2030年的时间框架还要早两年，尽管目前提出的用例和基础技术还不是非常成熟。

白皮书原文写道，「对于6G，我们希望ITU-R（国际电信联盟（ITU）负责无线电通信的部门）会在2021年正式开始制定6G的愿景。我们希望6G标准制定完成和它最早期的商业化将开始于2028年，而大规模的商业化可能会在2030年左右发生。」

为了加速6G的研究，此前，三星电子SET业务中的高级研发中心三星研究部于去年5月成立了高级通信研究中心。

「5G商业化尚处于起步阶段，开始准备6G永远不会为时过早，因为从研究开始到新一代通信技术的商业化通常需要大约10年的时间，」三星研究中心的高级副总裁兼高级传播研究中心负责人。Sunghyun Choi解释说。

当我们谈论6G，我们在谈论什么？

白皮书中指出，移动通信系统从2G到5G的演进经历了几代人的时间，每一代都向前迈出了一大步，都要经历从技术标准和愿景制定到实际部署的过程。

从3G到4G，花了15年。4G到5G花了12年，5G到6G花了8年。这个时间间隔也在逐渐缩短，这可以归因于过去十年来技术飞速发展和移动通信市场的需求扩张。

从2G到3G，数据传输能力显著提升，峰值速率可达2Mbps至数十Mbps，支持视频电话等移动多媒体业务。

3G到4G，传输能力又提升了一个量级，峰值速率可达100Mbps至1Gbps。

4G到5G，又是一种全新的网络架构，其峰值传输速度理论上可达20Gbps，1G电影4秒内完成！

6G能做什么？

鉴于5G 标准已经大幅提高了数据带宽，降低了4G 的延迟，6G 又能做什么呢？为什么要开展6G呢？这些问题是确立新标准的关键。

在「做什么」方面，三星预计6G 将提供比5G 高50倍的峰值数据速率，也就是1000Gbps，「用户体验速率」为1Gbps，同时和5G相比，在一平方千米范围内可支持的连接设备要多10倍！

此外，三星的目标是将延迟时间从5G 的1毫秒以下降到100微秒以下，且能源效率要达到5G的两倍。

为什么要部署6G呢？

6G 的一些潜在应用是迭代式的，包括移动设备的更快宽带、自动驾驶车辆的超可靠低延迟通信，以及工厂规模的自动化。5G阶段的关键应用在6G阶段会大大提升性能，包括支持远远超出人类感知的下一代计算机视觉技术。

预计到2030年，互联设备的数量将达到5000亿，比当时的预期世界人口（85亿）大59倍。移动设备将采用各种形式，例如增强现实（AR）眼镜，虚拟现实（VR）头戴式耳机和全息设备等等。

连接的机器也包括车辆，机器人，无人机，家用电器，显示器，安装在各种基础设施，建筑机械和工厂设备中的智能传感器等等。

移动设备和互联机器的演进

这些互联设备也将成为6G通信的主要「用户」，代表着对更高速率和更大带宽的要求。

三星表示，虽然人眼的最大分辨率限制在1/150 ° ，视角限制在方位角200 ° 和天顶角130 ° ，多摄像机设备处理数据的分辨率、角度、波长和速度，都是人眼无法匹配的，因此消耗了数不清的带宽。

AI技术渗透6G未来建设，太赫兹通信商业化面临挑战

白皮书还介绍了满足6G要求至关重要的候选技术，其中包括太赫兹（THz）频段的使用，新型天线技术、先进的双工技术、网络拓扑的发展、频谱共享以及将AI应用在无线通信中。

和其他6G研究者一样，三星也希望太赫兹频段能够提供强大的带宽，但是太赫兹频段在商业化之前面临着各种各样的技术挑战，就像推出5G之前的毫米波一样。

太赫兹频段包括大量可用带宽，这将启用具有数十GHz带宽的超宽带信道，可能满足6G对Tbps数据速率要求。随着相关技术的进步，三星希望6G的设计需要利用高达3000 GHz的频率。

虽然宽带频谱的可用性是太赫兹通信的主要驱动力，但是太赫兹通信也有其他的优势。它可以提供高精度的定位。

为了应对太赫兹频段传播这一困难，可以加大引入的大规模的MIMO技术，它可以支持5G中的毫米波（mmWave）频段。由于THz频段比mmWave频段需要更多的天线，实际应用中可能会有更多困难，因此使用增强高频段信号覆盖范围的新型天线技术是必要的。

AI将在6G中扮演更重要的角色。由于6G建设的方案有巨大的复杂性或缺少必要的模型和算法，因此为了解决这些问题，三星希望将AI工具广泛应用在6G的建设中，明确要求每个6G组件都使用AI技术，以优化整体系统的性能和网络运行。

通常，整个网络体系结构由四层实体组成：UE，BS，核心网络和应用服务器。AI的应用可分为三个级别，本地AI，联合AI和E2E AI。

而频谱共享技术可以让多个实体使用频谱。动态频谱共享的主要挑战是避免不同实体之间频谱使用的冲突，同时允许它们以动态方式访问频谱。

从理论上讲，为防止此类冲突，网络运营商可以交换所有相关的频谱访问信息。但是实际上，这是不可能的，因为实时获取每个实体的所有必需信息会带来巨大的通信开销。AI却可以通过预测交换了有限信息量的其他实体的频谱使用情况来避免此类冲突。

此外，将AI应用在无线通信中，既可以提高性能同时还可以减少资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX）。AI在应用无线通信中的其他优势：

1. 依据网络部署和地理环境，提高切换操作的性能

2. 优化网络规划，主要涉及基站（BS）位置确定

3. 降低网络能耗

4. 预测、检测并启用网络异常的自我修复

6G生活关键词：扩展现实XR、全息影像、数字化副本

5G技术有许多代表性的服务，如增强移动宽带(eMBB)，超可靠和低延迟通信(URLLC)，以及大规模机器类型通信(mMTC)。这些在6G中都将被进一步的优化改进。

但是6G也给我们的生活带来了新的改变。由于通信以及传感、成像、显示和人工智能等其他技术的进步，出现了许多新的6G服务。其中有三个关键的6G服务：沉浸式扩展现实(XR)、高保真移动全息图和数字化副本。

沉浸式扩展现实XR

XR是一个结合了VR、AR和混合现实(MR)的新词。它在娱乐、医药、科学、教育、制造业等各个领域引起了广泛关注，开辟了新的视野。

XR的潜力和现实之间的关键障碍是硬件，硬件的发展难以跟上现行XR设备的构想，移动设备也缺乏足够的计算能力。

另一个挑战是足够的无线容量。当前的AR技术需要55.3Mbps来支持8K显示，这才可以在移动显示器上提供足够的用户体验。然而，为了提供真正身临其境的AR，它的密度应该大大提高，它需要0.44千兆每秒的吞吐量(1600万个点)。此外，XR流媒体可能对16K超高清高质量视频有类似的要求。

例如，16K VR需要0.9 Gbps吞吐量(压缩比为1/400)。目前用户体验的5G数据速率不足以实现，但是6G却很有可能提供这样的服务。预计到2030年，VR和AR的市场规模将分别达到447亿和870亿（美元）。

高保真移动全息图

随着高分辨率渲染、可穿戴显示器和无线网络技术的飞速发展，移动设备能够提供3D全息图显示的服务。全息技术越来越流行，它可以通过全息显示器呈现手势和面部表情。

全息图需要实时显示，需要超高的数据传输速率，比目前的5G系统大数百倍。

例如，19.1亿像素需要每秒1Tbps。移动设备上的全息图显示(6.7英寸显示器上的一个微米像素大小)的尺寸因数至少需要0.58 Tbps。但是5G的峰值数据率为20 Gbps，5G不可能实时支持全息图介质所需的超大量数据。

为了降低全息图显示所需的数据通信规模，可以利用AI实现对全息图数据的高效压缩、提取和呈现。在AI的协助下，6G时代能够实现高保真移动全息图。到2023年，全息图显示器的市场规模预计将达到76亿美元。

数字化副本

在先进的传感器、人工智能和通信技术的帮助下，6G时代将有可能在虚拟世界中复制实体——包括人、设备、物体、系统甚至地方。这种物理实体的数字复制品被称为数字化副本。在6G环境中，通过数字化副本，用户将能够探索和监测虚拟世界中的现实，没有时间或空间的限制。

用户甚至可以通过虚拟现实设备或全息显示器，与数字化副本互动。例如，用户可以通过与远程站点的数字化副本互动，实时交互来控制该空间中的机器人，从而在远程站点中实际移动。

在人工智能的帮助下，数字化副本能让现实世界的管理问题得到解决，而无需大量人力现实的监督。但是这样的技术挑战是重大的。例如，为了复制1 m x 1 m的面积，我们需要一个万亿像素，假设定期同步为100毫秒，压缩比为1/300，则需要0.8 Tbps的吞吐量。预计到2025年，数字复制品的市场规模为260亿美元。