“浴霸”iPhone 11不支持5G,但6G已蠢蠢欲动!

近日苹果发布了iPhone 11,
可是却没有iPhone 11系列的5G版本,

作为果粉的小编,内心是满满的失望,
硬生生逼着我,
不要换手机,不要换手机!!!

之前就听说5G有多厉害,
有人说网速快到飞起来,
高清电影1秒就下完,
VR、AR、4K成标配,
世间万物都到碗里来,
联天联地联空气。

你觉得像吹牛吗?小编不敢说,但是小编觉得即便5G能把这些场景都实现,它也有缺点!!

从覆盖范围来说,5G网络,陆地和空中都要覆盖,但唯一的覆盖盲区是——水下。

虽说5G能实现万物互联,但它能全息通信铺开道路?全息通信的数据传输速率需要达到Tbps级别,而5G目前传输速率单位是Gbps。

蜂窝网络从来没有真正针对室内覆盖。由于5G的频率超高, 波长短,衰减快,易被障碍物屏蔽,追剧刷视频跑到户外也不是不可能。小编听说需要买个5G信号接收器将5G信号转化成wifi才能在家接收到稳定的信号……

这些都在说明一个问题:通信的脚步不会在5G就驻足的,它还要继续前进!!

于是6G呼之欲出,去年11月,工信部IMT-2020(5G)无线技术工作组组长粟欣称,6G概念的研究已在去年启动。

据加拿大媒体报道,去年11月,工信部IMT-2020(5G)无线技术工作组组长粟欣称,6G概念的研究已在去年启动。。此外,华为正在与超过13所大学和研究机构就6G网络及其可能的应用进行了密切合作。

6G又能快成啥样?6G又将怎样改变我们的生活呢?先来看看小视频!


腾讯视频链接:https://url.cn/5bHsPcG?sf=uri

在这些令人兴奋的应用场景背后,6G也需要“内涵”支撑!

6G使用案例

5G技术一直与延迟、功耗、部署成本、硬件复杂性、吞吐量、端到端可靠性和通信弹性等权衡因素联系在一起。然而到2030年及以后的市场将引入新的应用,在超高可靠性、容量、能效和低延迟方面有更严格的要求,可能会使传统无线系统技术的容量饱和。6G将有助于填补这一空白。

表一 5G和6G KPI比较

尽管大规模通信、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)等这些应用已经在5G中讨论过,但由于技术限制或市场不够成熟,它们很可能不会成为未来5G部署的一部分。图1展示了不同应用对低延迟、吞吐量、可靠性的需求。

图1 不同应用的需求

大规模通信:虽然5G网络的设计支持超过10万个连接,但从2016年到2021年,每平方公里的移动通信量将增长3倍,从而将移动设备的数量推向极端(估计到2030年,全球将有超过1250亿个连接设备)。这可能会给已经拥挤的网络带来压力,如今的网络无法保证所需的服务质量(QoS)。此外,如图2所示,新5G无线系统提供的数据速率可能不符合现在完全由数据驱动、近即时、超高吞吐量连接的要求。6G技术应包括扩容战略,以向用户提供高吞吐量和连续连接。

增强现实(AR)和虚拟现实(VR):无线AR和VR将成为各种用例中的关键应用,包括但不限于:(i)教育和培训,(ii)游戏,(iii)娱乐。VR/AR 应用程序将面临前所未有的挑战,包括提高沉浸质量、增加每用户容量、sub-ms延迟和统一的体验质量。移动边缘、云和雾计算技术将为最终用户带来智能,支持数据的高效传输,同时满足网络的异构需求和回程/前程限制。6G将沿着这些路线发展。

图2 VR&AR

全息通信:十年后,人类目前的远程互动方式将会过时,真正的沉浸式交流会广泛出现。五维(5D)通信和服务, 集成了所有人类感知信息(视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉),有望与全息通信一起出现,从而提供真正的沉浸式全息通信。

工业4.0和机器人技术:6G将推动以5G为起点的工业4.0革命,即通过网络物理系统(CPS)和物联网(IOT)服务实现制造业的数字化转型。特别是,CPS将打破物理工厂和网络计算空间之间的界限,从而使基于Internet的诊断、维护、操作和直接机器对机器(M2M)通信具有成本效益、灵活性和高效率。自动化在可靠和同步通信方面有自己的一套要求,6G定位于通过新的半导体和集成电路(IC)创新来解决这一问题,例如开发新的太赫兹级电子封装解决方案。

小科普:M2M目前存在三种方式:机器对机器,机器对移动电话(如用户远程监视),移动电话对机器(如用户远程控制)。如早产儿出院后,即使离开医院,医生依然可以实时监控这些早产儿的状况。因为医生们在婴儿脚部安装了监控器,监控数据通过移动通信网络传输给医生。

电子健康:6G将彻底改变医疗行业,例如通过远程手术消除时间和空间障碍,保证医疗工作流程的优化。除了高昂的成本外,当前阻碍通信技术在医疗领域应用的主要是缺乏实时触觉反馈。此外,由于mmwave信道固有的可变性和拥塞,5G系统不太可能实现电子健康服务(即连续连接可用性、超低数据传输延迟、超高可靠性和移动性支持)所需的qos。6G将通过移动边缘计算、虚拟化和人工智能等创新,释放电子健康应用的潜力。

智能城市:6G将加快智能城市解决方案的采用,目标是改善生活质量、环境监测、交通控制和城市管理自动化。这些服务建立在传感器产生的数据之上,这些传感器能够有效地相互作用,并与周围环境进行交互。目前的蜂窝系统主要是为宽带应用而开发的,对M2M流量有特殊配置。而6G将无缝地支持以用户为中心的机对机通信,以经济高效的方式为智能城市提供本地支持。6G还将结合能量收集方法延迟电池寿命,这是5G及前几代通信迄今为止忽视的一项研究。

室内覆盖:虽然80%的移动通信量是在室内产生的,但蜂窝网络从来没有真正针对室内覆盖。例如,在毫米波频谱中工作的5G基础设施可能很难提供室内连接,因为高频无线信号无法轻易穿透固体材料。5G通过Femtocells或分布式天线系统(DAS)实现密集化,这是一种室内连接解决方案,但也为运营商在可扩展性和部署管理方面带来问题。6G应提供经济、高效的室内连接解决方案,室内网络可以由最终用户自主部署并由网络运营商管理。

6G技术

新一代移动网络通常由一组新颖的通信技术来表征,这些通信技术提供前所未有的性能(例如,在可用数据速率、延迟时间方面)和能力。 例如,大规模多输入多输出(MIMO)和mmWave通信都是5G网络的关键推动因素。预计6G网络除了采用传统频谱(即,sub-6GHz和mmWaves),也依赖于尚未考虑用于蜂窝标准的频带,即太赫兹频带和可见光通信(VLC)。 图3表示在典型的部署场景中这些频带的路径损耗。在以下段落中,将重点关注在6G中使用的两个新型频谱带,即太赫兹和可见光频带。

频带

图3 频带

太赫兹频段范围(0.1 THz - 3 THz)是整个电磁波频谱中的最后一个跨度,比太赫兹更高的频谱就是可见光谱,因此属于可见光通信范畴。太赫兹波段介于微波和红外波段之间,兼有微波和光波的特性,具有低量子能量、大带宽、良好的穿透性等特点,是大容量数据实时无线传输最有效的技术手段。日本电报电话公司(NTT)早在2006 年在国际上首次研制出0.12 THz 无线通信样机,并于2008 年成功用于高清转播,目前正在全力研究0.5~0.6 THz 高速率大容量无线通信系统。日本总务省规划将在2020 年东京奥运会上采用太赫兹通信系统实现100 Gbit/s 高速无线局域网服务。从资料上看,最早应用的太赫兹样机是日本。当前日、美、欧、中均在加大太赫兹研究,提升通信速率。

与目前使用的无线局域网相比,“可见光通信”(VLC)系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号,其通信速度可达每秒数十兆至数百兆,未来传输速度还可能超过光纤通信。可见光通信(VLC)很多都采用LED灯作为发射器,接收器用光电探测器(photodetectors,PD)。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端,只要在室内灯光照到的地方,就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有高安全性的特点。用窗帘遮住光线,信息就不会外泄至室外,同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信,对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。

图4 可见光通信

由于实验平台成本较低,VLC的研究比太赫兹通信更为成熟,IEEE还定义了VLC标准(即IEEE802.15.7);然而,3G PP从未考虑将此技术包括在蜂窝网络标准中。如图3所示,VLC具有有限的覆盖范围,需要光源并且易遭受来自其他光源(例如太阳)的散粒噪声,因此主要在室内使用。

图5 可见光通信原理

小科普:LED灯怎么可以发射通信信号?简单地说就是它可以快速闪烁,快到人眼感觉不出来,就像过去的胶片电影,24帧每秒的断续画面,我们看起来却是连续的。LED灯的闪烁是靠对光很敏感(而不是像我们人眼那样反映迟钝)的光电探测器PD来感知的,也就是光电二极管,PD把光的变化转变为电信号,后面的处理就和一般的通信原理差不多了。

除了新的频谱,6G还将通过利用一系列技术来改造无线网络,以下是6G的关键使能技术。

通信技术和网络架构

新的信道估计技术(例如,带外估计和压缩感知)。初始接入(Initial Access)和波束跟踪的信道估计将是蜂窝环境下超高频通信的关键组成部分。然而,考虑到多个频带和可能非常大的带宽,很难为定向通信设计有效的程序。因此,6G系统需要新的信道估计技术。最近,有人提出了带外估计(例如,对于信号的角到达方向)来改善波束管理方案,方法是利用sub- 6GHz信号的全向传播,并将信道估计映射到毫米波频率。同样,考虑到毫米波和太赫兹信道的稀疏性,可以利用压缩感知来估计信道。

传感和基于网络的定位。利用射频信号实现同步定位和映射已经得到了广泛的研究,但这种能力从未与蜂窝网络的操作和协议进行过深入的集成。6G网络将利用一个用于定位和通信的统一接口,以改进控制操作,该操作可依赖上下文信息来控制波束形成模式、减少干扰、预测切换。

上文中主要介绍了6G可能用到的通信技术。未来6G也可能需要对当前移动网络设计进行结构更新。例如,太赫兹通信的高密度和高接入数据速率将对底层传输网络产生约束,必须提供比现今的回程网络更多的光纤接入点和更高的容量。此外,不同通信技术将增加网络的异构性,这些都需要进一步管理。

无蜂窝架构和多种频率与通信技术的紧密集成。6G将打破当前的蜂窝边界,用户设备作为一个整体连接到网络而不是单个蜂窝。无蜂窝网络程序将保证无缝移动性支持,不会因切换而产生开销(在考虑太赫兹频率的系统时可能经常发生),并且即使在车载的移动性场景中也将提供QoS保证。用户能够在不同的异构链路(例如,sub-6GHz,mmWave,terahertz或VLC)之间无缝转换,而无需手动干预或配置。

3D网络架构。 传统上,网络基本上只在二维空间提供连接,即部署网络接入点以提供与地面上设备的连接。到了6G时代,6G异构架构能够提供三维(3D)覆盖,从而与非地面平台(如无人机、气球和卫星)互补。

网络设备的分解和虚拟化:从物理层到NFV。网络已经开始向单一网络设备的分解过渡:例如,5G网络基站可以使用协议栈下层的分布式单元和边缘数据中心的集中式单元进行部署。按照这个方向,6G网络将采用更具破坏性的架构,部署在地面上的单元将只包含物理天线和尽可能少的处理单元。此外,由于通用处理器功能的进步,虚拟化将达到极致:6G将虚拟化其他组件,如与mac和phy层相关的组件,这些组件目前需要专用硬件实现。虚拟化将降低网络设备的成本,使大规模密集部署在经济上可行。

低功耗网络,能量收集策略。将以普遍的方式部署6G设备,以满足未来的连接要求。 用户终端和网络设备需要消耗大量电能,考虑到6G网络预期的规模,有必要将系统设计为相对于当前网络更高效且耗能更少。 目前有一种选择是使用能量收集电路来允许设备自供电,这可能对实现离网操作、物联网设备和传感器(即长时间待机设备)至关重要。

图6 6G网络引入架构创新

6G通信技术和网络部署的复杂性可能不易于手动优化。虽然智能技术在蜂窝网络中的应用已经在5G领域进行了讨论,但预计在6G中会发挥更大的作用,因为在接入点、用户数量、异构(在不同技术的集成方面)方面,6G比5G有更严格的要求。在第一届6G无线峰会上华为也提出人工智能在6G通信中将扮演重要角色,并猜测6G时代将会实现意念控制物品。

图7 意念控制物品

人工智能和机器学习

人工智能AI和机器学习ML已经渗透到许多应用程序中。ML支持主动分配网络资源,从而提高性能,特别是在延迟敏感的应用中。最近有文献中提出了在网络边缘利用机器学习算法的建议。人工智能将在以下几个方面将在6G中发挥关键作用。

语义通信:香农的经典信息理论是现代所有通信的基础。然而,香农故意认为语义方面无关紧要。但是当通信达到了香农理论预测的极限时,那么真正的飞跃可能是将语义纳入通信中。例如在全息通信,即说话者通过发送一组多摄像机视频数据,从而能够重建她的全息图,实现远程演讲。这一过程需要传输大量的视频数据,假设现在这部分数据丢失了,可能是由于毫米波中突然出现障碍物。传统系统需要重新发送丢失的数据包,现在假设发射机和接收机共享有关扬声器的一些信息,这些共享的信息使接收器能够重建全息图。换句话说,如果发送者和接收者共享一些共同的信息,则可以通过语义推理恢复内容信息(语义)。关于声音也可以举类似的例子。当“car”被传送时,接收到“cat”这个词在句法层面上看起来是个小错误,但在语义层面上却代表了一个大错误。同样,在句法层面上,用“automobile”代替“car”可能是一个很大的错误,但在语义层面上并没有太大影响。综上所述,语义通信可以根据语义为不同的数据分配不同的优先级,并利用一些共享的信息进行语义推理,从而大大提高通信效率。

机器学习和深层神经网络:ML将在网络层面上发挥关键作用,实现自组织策略,包括自学习、自配置、自修复。在终端层面,ML 将负责移动应用程序的部署,这些应用程序提供虚拟智能协助,并从用户的行为中学习。此外,深度神经网络(DNN)作为一种通用函数逼近器,可以在有限的参数集(DNN 的系数,在不同的层次,经过适当的训练)下对许多网络函数进行参数化。这种通用功能编码器将采用通用架构在整个网络促进网络功能的部署,该架构的参数可以通过离线运行训练算法来定期更新。

结论

表二 6G相关用例和技术

在本文中,主要介绍了6G一些新的使用案例和技术,它们应该代表下一代(6G)网络的核心。在物理层,随着sub-THz和可见光通信技术的成熟,十年后可以成为6G强大的推动者。需要更先进的多链路技术,以应对在高频通信带来的挑战,并提供高可靠性链路。在更高的层次上,有学者认为需要设计新的架构,方便真正地将对延迟敏感的人工智能应用程序带给最终用户,推动通信、计算、缓存和控制资源的大规模集成和分布式优化。未来语义通信可能是香农经典信息理论最主要的补充。

参考链接:
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 发表于19-09-16
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