瞭望2025全球6G技術(shù)發(fā)展趨勢

作者：是德科技6G項目經(jīng)理Roger Nichols

6G目前還處在以研究為主的階段，但在未來兩年，6G將從技術(shù)研究走向?qū)嵸|(zhì)性開發(fā)。業(yè)界已經(jīng)達成共識，在2029年3月完成第一個版本的技術(shù)規(guī)范，因此6G的發(fā)展還有很長的一段路要走。幾年前備受關(guān)注的使能技術(shù)經(jīng)過了一定程度的培育和發(fā)展。進一步的技術(shù)研究、早期開發(fā)和一些初步的實驗結(jié)果證明，甚至在某些情況下反證了某項技術(shù)的可行性，2025年最熱門的技術(shù)無疑也會隨之發(fā)生變化。瞭望2025年6G關(guān)鍵使能技術(shù)的發(fā)展趨勢，是德科技6G項目經(jīng)理Roger Nichols做了如下探討。

首先，在 6G 關(guān)鍵使能技術(shù)中，大概率不會被踢出局的幾項技術(shù)有：

7-16GHz 地面移動無線通信系統(tǒng)

無線技術(shù)的發(fā)展首先取決于可以使用的頻譜資源。數(shù)據(jù)使用量的增加和無線連接的增長已經(jīng)并將繼續(xù)對頻譜帶寬提出越來越高的要求。對于移動運營商來說，最理想（某些時候甚至是唯一可接受的）的情況是在其運營的區(qū)域內(nèi)獨占頻譜資源。并且，在這些頻段上，他們可以支持足夠高的無線電發(fā)射功率，以確保網(wǎng)絡(luò)的高容量和高可靠性。對網(wǎng)絡(luò)容量需求的增長促使人們不斷探索如何重新利用7-24 GHz的無線電頻譜資源，尤其是7-16 GHz的頻段。該頻段在無線電導(dǎo)航、無線電定位和衛(wèi)星應(yīng)用中具有重要用途。世界各地的政府機構(gòu)大多使用這一頻段，甚至將其作為專用頻段，這使問題變得更加復(fù)雜。

若要確保移動無線網(wǎng)絡(luò)在7-16 GHz 頻段正常工作，就必須認真考慮如何共享部分頻譜資源的問題。而頻譜共享機制涉及復(fù)雜的政策和技術(shù)，因此兩者都備受關(guān)注。即使是將這一頻率范圍中的部分頻段專門留給商用無線網(wǎng)絡(luò)使用，更高的傳播損耗也會需要各方投入更多精力來應(yīng)對繁重的技術(shù)工作任務(wù)。若要解決接收機信噪比較低的問題，最顯著的方法就是縮小信號的覆蓋范圍。不過，由于無線電臺站的購置成本高以及在更多蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間增加高密度回程連接所帶來的挑戰(zhàn)，這在經(jīng)濟適用性上對于移動運營商而言并不可行。因此，研究如何利用先進的集成無線電和天線系統(tǒng)來克服上述挑戰(zhàn)至關(guān)重要（請參考下文中的新一代MIMO部分）。

人工智能

伴隨著多種通用的、功能強大的大型語言模型（LLM）的出現(xiàn)，機器學(xué)習(xí)（ML）作為實現(xiàn)人工智能的關(guān)鍵技術(shù)之一變得非常流行。但是，電信網(wǎng)絡(luò)工程師正在探索各種不同類型的大模型。LLM 基于網(wǎng)絡(luò)上的大量文本數(shù)據(jù)來進行訓(xùn)練，提升理解和生成人類語言的能力。而移動無線網(wǎng)絡(luò)行業(yè)正在開發(fā)人工智能技術(shù)來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、解決無線電波束管理的復(fù)雜性、優(yōu)化電路設(shè)計、提高數(shù)據(jù)傳輸效率以及降低整體功耗。

在這些領(lǐng)域并沒有使用LLM, 而是采用基于網(wǎng)絡(luò)和電路的技術(shù)數(shù)據(jù)，甚至是模擬和仿真工具生成的數(shù)據(jù)，訓(xùn)練出來的ML模型。關(guān)鍵的技術(shù)難題在于需要構(gòu)建一個可靠的模型，并且要確保該模型能夠持續(xù)取得比傳統(tǒng)方法更加出色的效果。這些難題可以歸納為：如何開發(fā)、完善和訓(xùn)練模型（這意味著開發(fā)人員需要獲取大量可信賴的數(shù)據(jù)）；2）如何驗證模型在絕大多數(shù)情況下都能正常工作。

新一代MIMO

多路輸入/多路輸出（MIMO）技術(shù)是利用電磁波在發(fā)射端和接收端之間可以有多條傳輸路徑（如直接路徑、一條或多條反射路徑）這一事實而開發(fā)的。 在 MIMO 出現(xiàn)之前，多路徑傳播一直是無線通信領(lǐng)域需要解決的痛點問題，它會造成 "多路徑干擾"（有些人可能還記得電視機的花屏 “鬼影”，當(dāng)時唯一的信號接入方式是通過天線的廣播系統(tǒng)）。蜂窩網(wǎng)絡(luò)中使用的 MIMO 現(xiàn)已發(fā)展到第四代。

為了解決用于5G網(wǎng)絡(luò)的 3.5 GHz 頻段下的高損耗問題，有必要采用最新的實現(xiàn)方式。基本方法包括：使用許多天線元件和復(fù)雜的數(shù)字信號處理（DSP），讓天線元件之間能夠協(xié)同工作，提高接收端的有效信噪比；不斷測量發(fā)射端和接收端之間的信道狀態(tài)（移動無線信道處于不斷變化的狀態(tài)），使得DSP 能夠持續(xù)執(zhí)行任務(wù)，利用多個天線元件來克服信道狀態(tài)的不斷變化。 在保持

信號覆蓋范圍不變的情況下（例如，保持與 3.5 GHz頻段相同的最大收發(fā)距離），向 7-16 GHz 頻段演進意味著 MIMO 系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜性進一步提高：將搭載更多的天線元件甚至是分布式天線元件，并配備更強的 DSP。 鑒于整個系統(tǒng)所需克服的復(fù)雜性，這是利用 ML 的絕佳機會。

Open RAN

無線接入網(wǎng)（RAN）指的是無線通信系統(tǒng)中連接移動終端設(shè)備（如智能手機）與基站之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)。在5G網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)之前，RAN是一個封閉的架構(gòu)，少數(shù)幾家大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商都使用自己的專有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。然而，將 RAN 的數(shù)字部分虛擬化（在高性能通用服務(wù)器上運行的軟件實體）的想法促使業(yè)界共同努力將由此帶來的RAN系統(tǒng)功能拆分（無線電單元、數(shù)字單元、集中單元）標準化，同時在這些架構(gòu)組件之間也實現(xiàn)接口的標準化。這種O-RAN （開放式無線接入網(wǎng)絡(luò)）架構(gòu)帶來了新的概念，包括 RAN 功能的智能控制（RAN 智能控制器或 RIC），這其中 ML 已經(jīng)在一定程度上得到了應(yīng)用。許多人認為，O-RAN（和其他開放標準）是實現(xiàn) 6G 的必由之路。因此在該領(lǐng)域，業(yè)界正在開展進一步的工作，以便推動這些概念的迭代升級。

其次，在2025年，6G 領(lǐng)域中下面這幾項技術(shù)將備受關(guān)注，但商業(yè)化風(fēng)險較高。

毫米波技術(shù)（用于5G網(wǎng)絡(luò)的24-71 GHz頻段）

3GPP 協(xié)議規(guī)定的頻率范圍 2（FR2）已在 5G 網(wǎng)絡(luò)中投入使用，不過業(yè)界一直在努力推動其商業(yè)化進程，希望該服務(wù)能夠盈利。但是這項技術(shù)依然價格昂貴，沒有明確的 "殺手級應(yīng)用 "來推動應(yīng)用的普及和量產(chǎn)（從而通過規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)來降低成本）。此外，還需要在標準的制定和實際部署方面下功夫，以提高無線鏈路的可靠性，尤其是智能波束管理，它與多輸入多輸出（MIMO）類似，依賴于準確的實時信道狀態(tài)信息，也可受益于 ML。然而，這對更高網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜接入的需求是巨大的，7-17 GHz頻率范圍釋放出來的容量是遠遠不夠的。因此，F(xiàn)R2頻段（大部分已分配但尚未充分利用）可以成為其中必要的一部分。

地面和非地面網(wǎng)絡(luò)的融合

最近有很多關(guān)于地面和非地面無線網(wǎng)絡(luò)（NTN）融合的新聞，也就是利用衛(wèi)星和高空平臺基站（HAPS--氣球、亞軌道平流層飛艇等）。這關(guān)系到是否能夠?qū)崿F(xiàn)更好的信號覆蓋和更高的可靠性，特別是在發(fā)生自然災(zāi)害或海難時。 然后，要實現(xiàn)這些技術(shù)也頗具挑戰(zhàn)性：

• 從發(fā)射端到接收端的距離高達數(shù)百公里（而不是數(shù)百米）
• 需要管理多個不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸
• 需要進行干擾管理，因為傳輸方向增加了一個維度（幾乎沒有手機信號塔會將信號直接向上或者向下發(fā)射，而且所有標準化的無線電信道模型都只有二個維度）

這是一個令人振奮的領(lǐng)域，雖然衛(wèi)星公司的商業(yè)模式似乎顯而易見（相同的基礎(chǔ)設(shè)施，更多的用戶），但對于管理地面網(wǎng)絡(luò)的移動運營商來說，卻不那么清晰。

集成傳感與通信（ISAC）

利用通信信號感知周圍的環(huán)境是另一個備受關(guān)注的領(lǐng)域。交通管理、無人機管理、人群管理以及無數(shù)其他應(yīng)用都在考慮使用這樣技術(shù)。所面臨的挑戰(zhàn)主要與以下兩個方面有關(guān)：電磁波的頻率、波長和信號帶寬；網(wǎng)絡(luò)容量管理。信號的頻率、波長和帶寬與傳感技術(shù)能否達到超高的物理和時間精度有直接關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)容量也很重要，將無線網(wǎng)絡(luò)資源僅用于傳感意味著這些資源不能被用于通信，而網(wǎng)絡(luò)容量需求已在上文討論過。

然而，適合用于數(shù)據(jù)通信的信號并不一定適合用于傳感。此外，如果傳感和通信可以使用完全相同的信號，也不能保證實現(xiàn)傳感所需的信號理想方向與系統(tǒng)傳輸所需的電磁波信號的方向一致。因此，在技術(shù)層面執(zhí)行的工作意味著除了要應(yīng)對來自多個基站和移動設(shè)備的復(fù)雜傳感干擾之外，還要應(yīng)對多重挑戰(zhàn)。這方面的商業(yè)模式并不明顯，因此這項技術(shù)的最終效用還有待觀察。

第三，下面這些課題仍然會受到科研界的關(guān)注，但其商用的可能性會更加不明朗。

智能超表面

在許多無線通信系統(tǒng)中，信號在室內(nèi)傳播和室外到室內(nèi)的傳播都存在著問題。 例如，停車場、大型商業(yè)樓宇、購物中心和室內(nèi)體育館都采用分布式天線系統(tǒng)和無線電中繼器，有時甚至采用額外的獨立基站。理論上，使用安裝在墻壁上的大型 "表面 "來實施智能反射表面這項技術(shù)，是一種成本較低的方法，可以使室內(nèi)的信號接收效果大為改觀。它們也將變得足夠智能，能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件（人員、家具變化、室內(nèi)機器搬遷等）。 目前面臨的挑戰(zhàn)是如何在降低成本的同時，提高可靠性和靈活性，并提高性能。還需要開展大量的工作來解決諸多挑戰(zhàn)，特別是在降低成本方面這種需求更加迫切。

亞太赫茲技術(shù)（頻率超過100 GHz）

由于在上文提到的FR2 頻段上缺乏商業(yè)成功，工作頻率在100 GHz 以上超寬頻帶范圍吸引力減弱。再加上亞太赫茲頻段比 24-71 GHz 頻段更昂貴、更難管理的事實，這種情況進一步加劇。業(yè)界和學(xué)術(shù)界仍在進行大量研究，但太赫茲頻段已不再被考慮納入6G 無線接入技術(shù)的主流用途。盡管如此，使用 D 波段技術(shù)（110-170 GHz）的點對點 “微波”通信鏈路已經(jīng)取得了巨大成功。對高容量回程數(shù)據(jù)傳輸解決方案的巨大需求可能會推動在該領(lǐng)域和其他利基應(yīng)用中對更高頻率技術(shù)的進一步投資。不出所料，正在研究的技術(shù)包括半導(dǎo)體、天線、波束管理、高速數(shù)字信號處理器，甚至帶內(nèi)全雙工技術(shù)（同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高一倍）。