“浴霸”iPhone 11不支持5G,但6G已蠢蠢欲動!

近日蘋果發布了iPhone 11,
可是卻沒有iPhone 11系列的5G版本,

作為果粉的小編,內心是滿滿的失望,
硬生生逼著我,
不要換手機,不要換手機?。?!

之前就聽說5G有多厲害,
有人說網速快到飛起來,
高清電影1秒就下完,
VR、AR、4K成標配,
世間萬物都到碗里來,
聯天聯地聯空氣。

你覺得像吹牛嗎?小編不敢說,但是小編覺得即便5G能把這些場景都實現,它也有缺點??!

從覆蓋范圍來說,5G網絡,陸地和空中都要覆蓋,但唯一的覆蓋盲區是——水下。

雖說5G能實現萬物互聯,但它能全息通信鋪開道路?全息通信的數據傳輸速率需要達到Tbps級別,而5G目前傳輸速率單位是Gbps。

蜂窩網絡從來沒有真正針對室內覆蓋。由于5G的頻率超高, 波長短,衰減快,易被障礙物屏蔽,追劇刷視頻跑到戶外也不是不可能。小編聽說需要買個5G信號接收器將5G信號轉化成wifi才能在家接收到穩定的信號……

這些都在說明一個問題:通信的腳步不會在5G就駐足的,它還要繼續前進??!

于是6G呼之欲出,去年11月,工信部IMT-2020(5G)無線技術工作組組長粟欣稱,6G概念的研究已在去年啟動。

據加拿大媒體報道,去年11月,工信部IMT-2020(5G)無線技術工作組組長粟欣稱,6G概念的研究已在去年啟動。。此外,華為正在與超過13所大學和研究機構就6G網絡及其可能的應用進行了密切合作。

6G又能快成啥樣?6G又將怎樣改變我們的生活呢?先來看看小視頻!


騰訊視頻鏈接:https://url.cn/5bHsPcG?sf=uri

在這些令人興奮的應用場景背后,6G也需要“內涵”支撐!

6G使用案例

5G技術一直與延遲、功耗、部署成本、硬件復雜性、吞吐量、端到端可靠性和通信彈性等權衡因素聯系在一起。然而到2030年及以后的市場將引入新的應用,在超高可靠性、容量、能效和低延遲方面有更嚴格的要求,可能會使傳統無線系統技術的容量飽和。6G將有助于填補這一空白。

表一 5G和6G KPI比較

盡管大規模通信、增強現實(AR)和虛擬現實(VR)等這些應用已經在5G中討論過,但由于技術限制或市場不夠成熟,它們很可能不會成為未來5G部署的一部分。圖1展示了不同應用對低延遲、吞吐量、可靠性的需求。

圖1 不同應用的需求

大規模通信:雖然5G網絡的設計支持超過10萬個連接,但從2016年到2021年,每平方公里的移動通信量將增長3倍,從而將移動設備的數量推向極端(估計到2030年,全球將有超過1250億個連接設備)。這可能會給已經擁擠的網絡帶來壓力,如今的網絡無法保證所需的服務質量(QoS)。此外,如圖2所示,新5G無線系統提供的數據速率可能不符合現在完全由數據驅動、近即時、超高吞吐量連接的要求。6G技術應包括擴容戰略,以向用戶提供高吞吐量和連續連接。

增強現實(AR)和虛擬現實(VR):無線AR和VR將成為各種用例中的關鍵應用,包括但不限于:(i)教育和培訓,(ii)游戲,(iii)娛樂。VR/AR 應用程序將面臨前所未有的挑戰,包括提高沉浸質量、增加每用戶容量、sub-ms延遲和統一的體驗質量。移動邊緣、云和霧計算技術將為最終用戶帶來智能,支持數據的高效傳輸,同時滿足網絡的異構需求和回程/前程限制。6G將沿著這些路線發展。

圖2 VR&AR

全息通信:十年后,人類目前的遠程互動方式將會過時,真正的沉浸式交流會廣泛出現。五維(5D)通信和服務, 集成了所有人類感知信息(視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺),有望與全息通信一起出現,從而提供真正的沉浸式全息通信。

工業4.0和機器人技術:6G將推動以5G為起點的工業4.0革命,即通過網絡物理系統(CPS)和物聯網(IOT)服務實現制造業的數字化轉型。特別是,CPS將打破物理工廠和網絡計算空間之間的界限,從而使基于Internet的診斷、維護、操作和直接機器對機器(M2M)通信具有成本效益、靈活性和高效率。自動化在可靠和同步通信方面有自己的一套要求,6G定位于通過新的半導體和集成電路(IC)創新來解決這一問題,例如開發新的太赫茲級電子封裝解決方案。

小科普:M2M目前存在三種方式:機器對機器,機器對移動電話(如用戶遠程監視),移動電話對機器(如用戶遠程控制)。如早產兒出院后,即使離開醫院,醫生依然可以實時監控這些早產兒的狀況。因為醫生們在嬰兒腳部安裝了監控器,監控數據通過移動通信網絡傳輸給醫生。

電子健康:6G將徹底改變醫療行業,例如通過遠程手術消除時間和空間障礙,保證醫療工作流程的優化。除了高昂的成本外,當前阻礙通信技術在醫療領域應用的主要是缺乏實時觸覺反饋。此外,由于mmwave信道固有的可變性和擁塞,5G系統不太可能實現電子健康服務(即連續連接可用性、超低數據傳輸延遲、超高可靠性和移動性支持)所需的qos。6G將通過移動邊緣計算、虛擬化和人工智能等創新,釋放電子健康應用的潛力。

智能城市:6G將加快智能城市解決方案的采用,目標是改善生活質量、環境監測、交通控制和城市管理自動化。這些服務建立在傳感器產生的數據之上,這些傳感器能夠有效地相互作用,并與周圍環境進行交互。目前的蜂窩系統主要是為寬帶應用而開發的,對M2M流量有特殊配置。而6G將無縫地支持以用戶為中心的機對機通信,以經濟高效的方式為智能城市提供本地支持。6G還將結合能量收集方法延遲電池壽命,這是5G及前幾代通信迄今為止忽視的一項研究。

室內覆蓋:雖然80%的移動通信量是在室內產生的,但蜂窩網絡從來沒有真正針對室內覆蓋。例如,在毫米波頻譜中工作的5G基礎設施可能很難提供室內連接,因為高頻無線信號無法輕易穿透固體材料。5G通過Femtocells或分布式天線系統(DAS)實現密集化,這是一種室內連接解決方案,但也為運營商在可擴展性和部署管理方面帶來問題。6G應提供經濟、高效的室內連接解決方案,室內網絡可以由最終用戶自主部署并由網絡運營商管理。

6G技術

新一代移動網絡通常由一組新穎的通信技術來表征,這些通信技術提供前所未有的性能(例如,在可用數據速率、延遲時間方面)和能力。 例如,大規模多輸入多輸出(MIMO)和mmWave通信都是5G網絡的關鍵推動因素。預計6G網絡除了采用傳統頻譜(即,sub-6GHz和mmWaves),也依賴于尚未考慮用于蜂窩標準的頻帶,即太赫茲頻帶和可見光通信(VLC)。 圖3表示在典型的部署場景中這些頻帶的路徑損耗。在以下段落中,將重點關注在6G中使用的兩個新型頻譜帶,即太赫茲和可見光頻帶。

頻帶

圖3 頻帶

太赫茲頻段范圍(0.1 THz - 3 THz)是整個電磁波頻譜中的最后一個跨度,比太赫茲更高的頻譜就是可見光譜,因此屬于可見光通信范疇。太赫茲波段介于微波和紅外波段之間,兼有微波和光波的特性,具有低量子能量、大帶寬、良好的穿透性等特點,是大容量數據實時無線傳輸最有效的技術手段。日本電報電話公司(NTT)早在2006 年在國際上首次研制出0.12 THz 無線通信樣機,并于2008 年成功用于高清轉播,目前正在全力研究0.5~0.6 THz 高速率大容量無線通信系統。日本總務省規劃將在2020 年東京奧運會上采用太赫茲通信系統實現100 Gbit/s 高速無線局域網服務。從資料上看,最早應用的太赫茲樣機是日本。當前日、美、歐、中均在加大太赫茲研究,提升通信速率。

與目前使用的無線局域網相比,“可見光通信”(VLC)系統可利用室內照明設備代替無線LAN局域網基站發射信號,其通信速度可達每秒數十兆至數百兆,未來傳輸速度還可能超過光纖通信??梢姽馔ㄐ牛╒LC)很多都采用LED燈作為發射器,接收器用光電探測器(photodetectors,PD)。利用專用的、能夠接發信號功能的電腦以及移動信息終端,只要在室內燈光照到的地方,就可以長時間下載和上傳高清晰畫像和動畫等數據。該系統還具有高安全性的特點。用窗簾遮住光線,信息就不會外泄至室外,同時使用多臺電腦也不會影響通信速度。由于不使用無線電波通信,對電磁信號敏感的醫院等部門可以自由使用該系統。

圖4 可見光通信

由于實驗平臺成本較低,VLC的研究比太赫茲通信更為成熟,IEEE還定義了VLC標準(即IEEE802.15.7);然而,3G PP從未考慮將此技術包括在蜂窩網絡標準中。如圖3所示,VLC具有有限的覆蓋范圍,需要光源并且易遭受來自其他光源(例如太陽)的散粒噪聲,因此主要在室內使用。

圖5 可見光通信原理

小科普:LED燈怎么可以發射通信信號?簡單地說就是它可以快速閃爍,快到人眼感覺不出來,就像過去的膠片電影,24幀每秒的斷續畫面,我們看起來卻是連續的。LED燈的閃爍是靠對光很敏感(而不是像我們人眼那樣反映遲鈍)的光電探測器PD來感知的,也就是光電二極管,PD把光的變化轉變為電信號,后面的處理就和一般的通信原理差不多了。

除了新的頻譜,6G還將通過利用一系列技術來改造無線網絡,以下是6G的關鍵使能技術。

通信技術和網絡架構

新的信道估計技術(例如,帶外估計和壓縮感知)。初始接入(Initial Access)和波束跟蹤的信道估計將是蜂窩環境下超高頻通信的關鍵組成部分。然而,考慮到多個頻帶和可能非常大的帶寬,很難為定向通信設計有效的程序。因此,6G系統需要新的信道估計技術。最近,有人提出了帶外估計(例如,對于信號的角到達方向)來改善波束管理方案,方法是利用sub- 6GHz信號的全向傳播,并將信道估計映射到毫米波頻率。同樣,考慮到毫米波和太赫茲信道的稀疏性,可以利用壓縮感知來估計信道。

傳感和基于網絡的定位。利用射頻信號實現同步定位和映射已經得到了廣泛的研究,但這種能力從未與蜂窩網絡的操作和協議進行過深入的集成。6G網絡將利用一個用于定位和通信的統一接口,以改進控制操作,該操作可依賴上下文信息來控制波束形成模式、減少干擾、預測切換。

上文中主要介紹了6G可能用到的通信技術。未來6G也可能需要對當前移動網絡設計進行結構更新。例如,太赫茲通信的高密度和高接入數據速率將對底層傳輸網絡產生約束,必須提供比現今的回程網絡更多的光纖接入點和更高的容量。此外,不同通信技術將增加網絡的異構性,這些都需要進一步管理。

無蜂窩架構和多種頻率與通信技術的緊密集成。6G將打破當前的蜂窩邊界,用戶設備作為一個整體連接到網絡而不是單個蜂窩。無蜂窩網絡程序將保證無縫移動性支持,不會因切換而產生開銷(在考慮太赫茲頻率的系統時可能經常發生),并且即使在車載的移動性場景中也將提供QoS保證。用戶能夠在不同的異構鏈路(例如,sub-6GHz,mmWave,terahertz或VLC)之間無縫轉換,而無需手動干預或配置。

3D網絡架構。 傳統上,網絡基本上只在二維空間提供連接,即部署網絡接入點以提供與地面上設備的連接。到了6G時代,6G異構架構能夠提供三維(3D)覆蓋,從而與非地面平臺(如無人機、氣球和衛星)互補。

網絡設備的分解和虛擬化:從物理層到NFV。網絡已經開始向單一網絡設備的分解過渡:例如,5G網絡基站可以使用協議棧下層的分布式單元和邊緣數據中心的集中式單元進行部署。按照這個方向,6G網絡將采用更具破壞性的架構,部署在地面上的單元將只包含物理天線和盡可能少的處理單元。此外,由于通用處理器功能的進步,虛擬化將達到極致:6G將虛擬化其他組件,如與mac和phy層相關的組件,這些組件目前需要專用硬件實現。虛擬化將降低網絡設備的成本,使大規模密集部署在經濟上可行。

低功耗網絡,能量收集策略。將以普遍的方式部署6G設備,以滿足未來的連接要求。 用戶終端和網絡設備需要消耗大量電能,考慮到6G網絡預期的規模,有必要將系統設計為相對于當前網絡更高效且耗能更少。 目前有一種選擇是使用能量收集電路來允許設備自供電,這可能對實現離網操作、物聯網設備和傳感器(即長時間待機設備)至關重要。

圖6 6G網絡引入架構創新

6G通信技術和網絡部署的復雜性可能不易于手動優化。雖然智能技術在蜂窩網絡中的應用已經在5G領域進行了討論,但預計在6G中會發揮更大的作用,因為在接入點、用戶數量、異構(在不同技術的集成方面)方面,6G比5G有更嚴格的要求。在第一屆6G無線峰會上華為也提出人工智能在6G通信中將扮演重要角色,并猜測6G時代將會實現意念控制物品。

圖7 意念控制物品

人工智能和機器學習

人工智能AI和機器學習ML已經滲透到許多應用程序中。ML支持主動分配網絡資源,從而提高性能,特別是在延遲敏感的應用中。最近有文獻中提出了在網絡邊緣利用機器學習算法的建議。人工智能將在以下幾個方面將在6G中發揮關鍵作用。

語義通信:香農的經典信息理論是現代所有通信的基礎。然而,香農故意認為語義方面無關緊要。但是當通信達到了香農理論預測的極限時,那么真正的飛躍可能是將語義納入通信中。例如在全息通信,即說話者通過發送一組多攝像機視頻數據,從而能夠重建她的全息圖,實現遠程演講。這一過程需要傳輸大量的視頻數據,假設現在這部分數據丟失了,可能是由于毫米波中突然出現障礙物。傳統系統需要重新發送丟失的數據包,現在假設發射機和接收機共享有關揚聲器的一些信息,這些共享的信息使接收器能夠重建全息圖。換句話說,如果發送者和接收者共享一些共同的信息,則可以通過語義推理恢復內容信息(語義)。關于聲音也可以舉類似的例子。當“car”被傳送時,接收到“cat”這個詞在句法層面上看起來是個小錯誤,但在語義層面上卻代表了一個大錯誤。同樣,在句法層面上,用“automobile”代替“car”可能是一個很大的錯誤,但在語義層面上并沒有太大影響。綜上所述,語義通信可以根據語義為不同的數據分配不同的優先級,并利用一些共享的信息進行語義推理,從而大大提高通信效率。

機器學習和深層神經網絡:ML將在網絡層面上發揮關鍵作用,實現自組織策略,包括自學習、自配置、自修復。在終端層面,ML 將負責移動應用程序的部署,這些應用程序提供虛擬智能協助,并從用戶的行為中學習。此外,深度神經網絡(DNN)作為一種通用函數逼近器,可以在有限的參數集(DNN 的系數,在不同的層次,經過適當的訓練)下對許多網絡函數進行參數化。這種通用功能編碼器將采用通用架構在整個網絡促進網絡功能的部署,該架構的參數可以通過離線運行訓練算法來定期更新。

結論

表二 6G相關用例和技術

在本文中,主要介紹了6G一些新的使用案例和技術,它們應該代表下一代(6G)網絡的核心。在物理層,隨著sub-THz和可見光通信技術的成熟,十年后可以成為6G強大的推動者。需要更先進的多鏈路技術,以應對在高頻通信帶來的挑戰,并提供高可靠性鏈路。在更高的層次上,有學者認為需要設計新的架構,方便真正地將對延遲敏感的人工智能應用程序帶給最終用戶,推動通信、計算、緩存和控制資源的大規模集成和分布式優化。未來語義通信可能是香農經典信息理論最主要的補充。

參考鏈接:
1.Towards 6G Networks: Use Cases and Technologies
2.6G: The Next Frontier
3.https://mp.weixin.qq.com/s/gFmuL5o-l4wqTxepn2achQ
4.https://mp.weixin.qq.com/s/fAM1TlkI3oLS0HbglLOS4Q


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SDNLAB君 發表于19-09-16
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