朱伏生暢談移動通信的趨勢和挑戰(zhàn)

日前，由未來移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)委員會主辦，廣東省新一代通信與網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院承辦，高通公司特別支持的第四屆“5G和未來網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略研討會”在廣州日航酒店舉行。

廣東省新一代通信與網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院院長朱伏生在出席峰會時表示，6G應(yīng)用主要應(yīng)用分為消費互聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)急通信和泛在互聯(lián)網(wǎng)。朱伏生預(yù)測，6G網(wǎng)絡(luò)至少要到2020年才會開始研發(fā)，2030年方能正式投入商用。

此外，在介紹6G候選技術(shù)時，朱伏生認(rèn)為，人工智能廣泛應(yīng)用于6G；6G不能僅僅視為一種無線通信技術(shù)，而是激活了帶寬達(dá)到400THz的可見光譜資源；MIMO/Massive MIMO 仍然是提升容量的重要手段等。

移動通信的趨勢和挑戰(zhàn)

從2G引入數(shù)據(jù)能力以來，移動通信逐步過渡到數(shù)據(jù)時代，面對的是60%以上的移動數(shù)據(jù)年消耗增加。 VR/AR業(yè)務(wù)更是單用戶數(shù)據(jù)帶寬要求幾百M甚至上Gbps。 而對高清視頻、VR/AR沉浸式內(nèi)容即便是5G也僅僅有可能改變現(xiàn)狀、實現(xiàn)部分用戶的期待。

6G時代，則意味著真正物物通信的開始，可以滿足無所不在的任意設(shè)備之間的信息傳輸，人類真正的告別互聯(lián)網(wǎng)時代，進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時代。

移動通信跨界融合越來越普遍。CT、IT、DT技術(shù)大融合，通信網(wǎng)會融合各種最新 的技術(shù)，比如虛擬化、人工智能、區(qū)塊鏈等。 天與地融合，衛(wèi)星通信與蜂窩通信也開始融合。 人類活動軌跡都需要通信，對人希望感知的地方也需要。

隨著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)越來越開放，內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)的深度融合，促使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)極度開放，內(nèi)容隨處接入；MEC+CDN遠(yuǎn)離核心網(wǎng)實現(xiàn)就近接入；MEC+GPU替代終端進(jìn)行集中渲染；基站CACHE緩存，Wi-Fi AP緩存等。

傳統(tǒng)的PSTN/PBX交換機(jī)，沒有復(fù)雜的上層管理，即便外網(wǎng)down掉，本地可以繼續(xù)使用。 從2G/3G發(fā)展以來的各代移動通訊架構(gòu)，更為復(fù)雜，鑒權(quán) ，用戶屬性和移動性描述，使得業(yè)務(wù)的集中性更強(qiáng)。但系統(tǒng)也更脆弱和安全性更差。

考慮5G/B5G/6G對行業(yè)的重要性，簡易的系統(tǒng)總是更安全。朱伏生認(rèn)為，簡約即美，通過簡約設(shè)置可以實現(xiàn)三大安全。

一是對生物體的安全。 移動通信的各種電磁波輻射總是存在的，目前明確在GHz作用的頻率影響較小，但微波甚至THz級別的還需要研究。

二是信息的安全。隱私泄露后造成的危害越來越大，黑產(chǎn)成為一個龐大的產(chǎn)業(yè)，促使信息安全、隱私保護(hù)越來越嚴(yán)，使得對用戶數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)都要進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)。

三是產(chǎn)業(yè)的安全。通訊業(yè)是一個美國主導(dǎo)的全球化產(chǎn)業(yè)。美國的制裁、布拉格會議(5月2-3日，32個國家參加)需要從業(yè)者產(chǎn)生更多思考。

不同網(wǎng)絡(luò)的行業(yè)應(yīng)用者對網(wǎng)絡(luò)QoS有需求，運營商需要依托設(shè)備商來滿足需求，但不同廠家之間的協(xié)調(diào)會成為一個瓶頸。這就需要既懂得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備特性、網(wǎng)絡(luò)運營特點和行業(yè)業(yè)務(wù)需求的第三方出現(xiàn)， 有機(jī)結(jié)合行業(yè)痛點和網(wǎng)絡(luò)運營特點， 有效的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)備參數(shù)，最優(yōu)的滿足行業(yè)業(yè)務(wù)需求。

在市場方面會呼喚網(wǎng)絡(luò)能力開放，超級業(yè)務(wù)編排，行業(yè)安全保證等新需求。

6G的愿景思考

6G除了對5G定義的8個指標(biāo)進(jìn)行了描述，引入了總頻譜支持能力和基站算力需求。 使用頻率帶寬反應(yīng)了最后設(shè)備能夠達(dá)到和管理的能力。 基站算力是為了分析虛擬世界的支持能力，暫時以核心算法處理來衡量。特別是MEC，AI，BlockChain引入后，對5G/6G都是比較大的需求。

6G的能力場景主要劃分為三大方面：一是基于通訊個體的自適應(yīng)模式選擇。 通訊個體對周圍環(huán)境進(jìn)行認(rèn)知，通過AI選擇合適的方式發(fā)起通訊請求。二是通訊場景描述貢獻(xiàn)服務(wù)。類似于代理進(jìn)行業(yè)務(wù)擴(kuò)大和信息收集，例如志愿提供服務(wù)的終 端對基站附近的環(huán)境進(jìn)行感應(yīng)和分析，包括拍照和雷達(dá)探測，將周 圍的場境情況同步給基站。基站形成了一個周邊環(huán)境的動態(tài)3D圖 (4維)，對終端需要的無線頻譜，信道路徑都作出最優(yōu)選擇。三是網(wǎng)元獨立工作能力。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)在傳輸鏈路中斷或系統(tǒng)核心網(wǎng)故障，本地具有部分業(yè)務(wù)能力，保障本地的呼叫，關(guān)鍵行業(yè)應(yīng)用能正常進(jìn)行。

6G 承載的業(yè)務(wù)將進(jìn)一步演化為真實世界和虛擬世界這2個體系。 真實世界體系的業(yè)務(wù)后向兼容5G中的eMBB、 mMTC、uRLLC等典型場景，實現(xiàn)真實世界萬物互聯(lián)的基本需求。虛擬世界體系的業(yè)務(wù)是對真實世界業(yè)務(wù)的延伸，與虛擬世界的各種需求相對應(yīng)。 6G 創(chuàng)造的虛擬世界能夠為每個用戶構(gòu)建AI助理 (AIA，AI assistant)，并采集、存儲和交互用戶的所說、所見和所思。

虛擬世界體系包括: 虛擬物理空間(VPS)、虛擬行為空間(VBS)、 虛擬精神空間(VSS)。Genie 存在于的虛擬世界體系，不需要人工參與即可實現(xiàn)通信和決策制定。Genie 基于實時采集的大量數(shù)據(jù)和高效機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，完成用戶意圖的獲取以及決策的制定。

6G應(yīng)用主要分為消費互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)急通信和泛在互聯(lián)網(wǎng)。2018年3月份，工信部部長苗圩透露，中國已開始著手6G移動通信技術(shù)的研究。朱伏生預(yù)測，6G網(wǎng)絡(luò)至少要到2020年才會開始研發(fā)，2030年方能正式投入商用?！?018年啟動6G概念研究；2020年正式開始研發(fā)6G技術(shù)；2030年開始6G商用?！?/p>

6G候選技術(shù)分析

在6G候選技術(shù)分析中，朱伏生重點介紹了6G和人工智能 、可見光覆蓋、THz頻譜的開發(fā)、OAM軌道角動量 、MIMO/Massive MIMO、同時同頻全雙工技術(shù)和頻譜管理和區(qū)塊鏈等技術(shù)。

朱伏生認(rèn)為，人工智能廣泛應(yīng)用于6G。無線信道分析和物理層算法利用AI算法?；緦χ車h(huán)境通過AI進(jìn)行語義描述，分幾個層面?；?60VR實時描述;地圖結(jié)合不可 見部分進(jìn)行語義描述;周圍運動物體的輔助描述請求（例如汽車）。對無線網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)采用AI算法進(jìn)行業(yè)務(wù)量發(fā)展，規(guī)劃，運營及維護(hù)等進(jìn)行新一代技術(shù)的應(yīng)用 ，降低OPEX（人力和能源消耗）。

在行業(yè)應(yīng)用AI方面，朱伏生認(rèn)為，對安防，繼續(xù)將MEC下沉到基站，本地具有識別能力，各種服務(wù)器提供異構(gòu)體支持各種人識別，動物識別，車輛識別, 災(zāi)害預(yù)警等業(yè)務(wù)。6G會建立智能制造本地業(yè)務(wù)，智能規(guī)劃企業(yè)所需的通訊需求，本地頻率需求及申請。此外，6G將延續(xù)5G中無人機(jī)和AI的結(jié)合，并將應(yīng)用廣泛化，解決5G難以完成的應(yīng)用。

在朱伏生看來，6G不能僅僅視為一種無線通信技術(shù)，而是激活了帶寬達(dá)到400THz的可見光譜資源。 拓展下一代寬帶通信的頻譜，搶占空白頻譜、有效利用資源。與照明、顯示產(chǎn)業(yè)深度耦合，為通信帶來獨特優(yōu)勢。白光對人眼安全；無電磁污染，可以應(yīng)用在電磁敏感環(huán)境（飛機(jī)、醫(yī)院、工業(yè)控制）； 可見光通信兼具照明、通信和控制定位等功能，符合國家節(jié)能減排戰(zhàn)略；頻譜無需授權(quán)即可使用；可見光通信適合信息安全領(lǐng)域應(yīng)用。 可見光通訊的業(yè)務(wù)場景可以覆蓋水下，高樓覆蓋（宏基站一般覆蓋很差）等。同時，朱伏生認(rèn)為，6G技術(shù)的可見光覆蓋仍有需要解決的問題，器件問題，電力線和業(yè)務(wù)流的產(chǎn)業(yè)結(jié)合問題，上行鏈路設(shè)計問題。

在談到THz頻譜的開發(fā)方面，朱伏生指出，“中國經(jīng)過多年研究，在THz的產(chǎn)生，器件和生態(tài)鏈方面取得很大進(jìn)展。每2年一屆的中國泰赫茲研究大會，到2018年10月，進(jìn)行了4屆。也在THz通訊領(lǐng)域進(jìn)行了很多研究成果。根據(jù)研究成果，THz通訊會對backhaul，relay方面產(chǎn)生直接影響。如果能解決方向性問題，預(yù)計可解決6G的小區(qū)覆蓋容量問題。部分研究也表明，THz信號也能夠通過反射波接受和恢復(fù)數(shù)據(jù)，這對移動組網(wǎng)是個好消息?！?/p>

朱伏生進(jìn)一步表示，“憑借THz技術(shù)的發(fā)展，我們可以期望獲得Tbps的空口傳送能力。經(jīng)過理論和實驗，1GHz帶寬可超過50Gbps， 采用Massive MIMO在更寬帶寬下，預(yù)計可以50*8(MIMO帶來的增益)*2.5GHz=1000Gbps?！?/p>

傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)，使用頻率、時間、碼型和空間等資源作為自由度，而OAM調(diào)制技術(shù)將載波攜帶的OAM模式作為調(diào)制參數(shù)。利用OAM模式內(nèi)在的正交性，將多路信號調(diào)制在不同的OAM模式上，根據(jù)模式的不同區(qū)分不同的信道。由于具有OAM的螺旋波束可以構(gòu)成無窮維的希爾伯特空間，因此理論上同一載頻利用OAM復(fù)用可獲得無窮的傳輸能力。

OAM復(fù)用的頻譜利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于LTE、802.11n和DVB-T。朱伏生透露，“OAM軌道角動量的研究主要包括四方面：OAM波的調(diào)制產(chǎn)生和發(fā)射，特別是不同本征值； 傳輸特性研究；檢測和信號復(fù)原和組網(wǎng)的研究?！?/p>

朱伏生認(rèn)為，MIMO/Massive MIMO 仍然是提升容量的重要手段 。“MIMO 技術(shù)通過多流實現(xiàn)容量的提升，對4G來說表現(xiàn)出很有效的方法。但對于5G來說，容量還是受限，特別是人口密集使用區(qū)，如高樓，體育場，大型車展或商場，通信量巨大。于是 Massive MIMO通過區(qū)域性的分開終端用戶所對應(yīng)天線，從而達(dá)到大大提高容量的目的。

本質(zhì)上是將多個小型的MIMO基站（例如8*8），組合形成大的基站集（例如32*32=16* （8*8），即為16個MIMO基站），注意容量并不是倍數(shù)關(guān)系?？梢园ㄈ騇IMO，定向MIMO。6G要保持高吞吐量，當(dāng)毫米波，THz引入后，預(yù)計Massive MIMO天線數(shù)可以繼續(xù)增大， 例如192，1024等。形式也可能是大型智能表面（LIS），附著于建筑物表面。

在談到同時同頻全雙工技術(shù)時，朱伏生指出，從理論計算獲知，TDD和FDD的頻率浪費都在50%以上。頻率資源的稀缺性，使得本技術(shù)研究有必要；根據(jù)業(yè)界研究的現(xiàn)在水平，頻譜效率可以提升80%以上。朱伏生表示，目前存在的困難主要是：多天線MIMO全雙工 :多通道的射頻域抵消電路成本、體積；環(huán)境適應(yīng)能力，自干擾信道變化，實時跟蹤收斂抵消；全雙工組網(wǎng)，基站間干擾消除，終端間干擾消除；幀結(jié)構(gòu)和資源調(diào)度；全雙工器件和芯片: 連續(xù)可調(diào)時延器，沒有貨架芯片；射頻域抵消器件的非線性較高。

此外，朱伏生認(rèn)為，除了公共licensed頻譜外，隨著網(wǎng)絡(luò)越加致密化，基于區(qū)塊鏈的對一些不用的頻率的動態(tài)頻譜共享技術(shù)是趨勢。通過集中的頻譜訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來動態(tài)管理不同類型的無線流量，以提高頻譜使用效率。 區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)庫，無需中央中介即可安全更新。對于需要本地頻率的機(jī)構(gòu)，設(shè)置LBRS，可以用于智能制造和現(xiàn)代醫(yī)院等場合，滿足本地高可靠性及保密通信的需求。