探索6G通信網(wǎng)絡(luò)的可能性和挑戰(zhàn)性

編譯 胡德良 袁立鎂

想象一下這樣的遠(yuǎn)程會(huì)議：用全息圖代替了跟棋盤(pán)格似的眾多臉部頭像；或者設(shè)想一下：整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)站和媒體允許你進(jìn)行觸覺(jué)連接——那些涉及觸摸和視聽(tīng)的連接。目前，盡管存在不確定性，但是第六代無(wú)線通信技術(shù)（6G）的研究人員正在描繪出未來(lái)的6G 可能需要用到的各種技術(shù)。

瑞典隆德大學(xué)通信工程講師哈什?塔坦利亞（Harsh Tataria）稱(chēng)，6G 的特點(diǎn)是低延遲率和超高頻率，數(shù)據(jù)傳輸速度可能達(dá)到100 千兆比特每秒（Gbps）。最近，塔坦利亞與來(lái)自隆德大學(xué)、新西蘭星火公司、南加州大學(xué)和倫敦國(guó)王學(xué)院的研究人員合作，在《電氣與電子工程師協(xié)會(huì)會(huì)刊》（Proceedings of the IEEE）上發(fā)表了一篇論文，對(duì)6G 無(wú)線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了自上而下的整體看法。他們的研究首先考慮了下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)遇到的挑戰(zhàn)和技術(shù)要求，并預(yù)測(cè)了在這樣的背景下可以真正實(shí)現(xiàn)的一些技術(shù)可能性。

隨著5G 在全球的加速部署，6G 的前景是可以預(yù)期的，屆時(shí)后續(xù)的幾代無(wú)線技術(shù)將會(huì)受到更多關(guān)注。塔坦利亞從技術(shù)需求方面和消費(fèi)需求方面來(lái)看待這種新興趨勢(shì)，將其稱(chēng)為一種“自然的進(jìn)程”。他說(shuō)：“當(dāng)我們面對(duì)6G 時(shí)，我們真正看到的是社會(huì)的廣泛連接，甚至?xí)?G 所能達(dá)到的連接程度更進(jìn)一步，比如，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)全息通信。如果使用全息圖作為通信媒介，那么能夠監(jiān)測(cè)我們心理健康的、具有情緒感知功能的可穿戴設(shè)備等硬件，將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建模塊?！?/p>

在“高保真全息社會(huì)”中，全息存在將會(huì)使所代表的遠(yuǎn)程用戶變?yōu)榻?jīng)過(guò)渲染的本地存在。例如，技術(shù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程故障檢查和維修，醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)，教師進(jìn)行遠(yuǎn)程教育，他們都可以從全息圖渲染中受益。4G 和預(yù)期中的5G 數(shù)據(jù)速率可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)此類(lèi)技術(shù)，但是6G 會(huì)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿D需要從多個(gè)視角傳輸，以便反映出傾斜度變化、角度變化和觀看者相對(duì)于全息圖的位置變化。

即使簡(jiǎn)單的電話交談，也可能涉及富含多媒體的新層次體驗(yàn)。例如，會(huì)談中可以跟渲染的人像進(jìn)行交談，這樣將會(huì)提供比目前的音頻通話更加豐富的體驗(yàn)。

這項(xiàng)研究分析中涉及的另一種可能實(shí)現(xiàn)的愿望是所謂的“觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)”。各種感官體驗(yàn)可能會(huì)與全息圖整合。為此，使用全息圖作為通信媒介，可穿戴設(shè)備將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建模塊。這種可穿戴設(shè)備具有情緒感知功能，能夠監(jiān)測(cè)我們的心理健康，促進(jìn)社交互動(dòng)，改善用戶體驗(yàn)。

研究人員米莎?多勒（Mischa Dohler）認(rèn)為：6G 將會(huì)鞏固“技能互聯(lián)網(wǎng)”，而技能互聯(lián)網(wǎng)就是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸技能的能力。他說(shuō)：“我們可以用音頻和視頻來(lái)做到這一點(diǎn)，但我們無(wú)法通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)觸摸或物體移動(dòng)。邊緣計(jì)算、機(jī)器人技術(shù)、人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和6G 通信的整合將會(huì)使這些成為可能。就像互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)使信息民主化那樣，下一代互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)使技能民主化?！?/p>

此外，隆德大學(xué)教授安德烈亞斯?莫利施（Andreas F.Molisch）希望，6G將會(huì)使芯片間通信的效果更佳。他說(shuō)：“當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸達(dá)到200Gbps 或更快時(shí)，電纜連接就無(wú)法跟上這種速度了。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率更高、處理速度更快時(shí)，無(wú)線連接是克服這一障礙的一種方式?！边@也意味著可靠性提高了，因?yàn)闊o(wú)線連接不受線纜搖晃或振動(dòng)的影響；成本降低了，因?yàn)楦鼡Q線纜可能會(huì)比在芯片上安裝無(wú)線收發(fā)器更加昂貴。

一些用例包括所謂的“信息淋浴”，其中的數(shù)據(jù)傳輸速度極高，這是個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，涉及移動(dòng)邊緣計(jì)算和空陸集成網(wǎng)絡(luò)。但是，在實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)化工序開(kāi)始之前，仍然有很多研究工作需要做。

隨著6G 的傳輸頻率上升到太赫茲，在構(gòu)建新硬件方面也將面臨巨大的挑戰(zhàn)。更快的設(shè)備也將需要更加尖端的半導(dǎo)體技術(shù)；其他挑戰(zhàn)也依然存在，包括功耗問(wèn)題。塔坦利亞說(shuō)：“隨著頻段上升到數(shù)十萬(wàn)兆赫，即使開(kāi)發(fā)電路和電路基板這樣的基礎(chǔ)研究也是非常棘手的。因此，把所有這些工作做好，從基本層面的細(xì)節(jié)開(kāi)始，一直到建立一個(gè)系統(tǒng)，將比最初遇到的情況困難得多。”因此，他們的研究試圖探索每項(xiàng)未來(lái)技術(shù)中所涉及的利弊。

對(duì)于6G 通信的功能和局限性，這項(xiàng)研究并沒(méi)有進(jìn)行全面而明確的說(shuō)明，而是記錄了迄今為止所進(jìn)行的研究，以及未來(lái)在6G 技術(shù)方面研究人員可能要尋求的、值得關(guān)注的研究方向。