6G關乎影響力，而非數據速率

編譯 許林玉

當大多數人還在適應我們周圍的5G網絡時，測試和測量設備制造商是德科技公司（Keysight）6G項目經理羅杰·尼科爾斯（Roger Nichols）已經在思考關于6G的問題。是德科技公司位于美國加利福尼亞州，為無線行業企業提供所需的工具，以確保這些公司的尖端技術發揮出預期效果。

美國電氣電子工程師協會《科技縱覽》（IEEE Spectrum）雜志采訪了尼科爾斯，讓其介紹測試和測量設備公司如何跟上6G技術的發展步伐，需要比其他行業早多久布局新的無線技術，以及對6G可以有哪些期望。

如果愛立信和諾基亞等電信公司需要使用這些設備研究無線技術，他們為什么不自己制造所需的測試和測量設備？

在一定程度上，電信公司的確可以“自己動手”。但事實證明，這是一項相當專業的工作，所以我們的大多數客戶寧愿讓我們的專家來處理這個問題。測量工作是將某些產品的性能與公認的標準進行對比，而這套技能和專業知識正是我們的專長。

例如，如果您想蓋房子，可以自己制作鉗子和錘子，但最好還是從知道如何制作這些工具的人那里去購買。這種類比可能不是特別恰當，但由此可以對我們的工作有所了解：我們就是工具制造商。

設計通信系統，并進行規模化部署是一項十分困難的工作。即便是對于剛才提到的公司，這也是艱巨的挑戰。他們要做的工作很多，在讓這些復雜的系統順暢運行的同時，還要保持競爭力。他們必須設計眾多通信系統，并將其部署到世界各地，而且這些系統必須能夠適應冷熱、雨雪等各種天氣狀況。我想對他們說：“貴公司必須使網絡順暢運行，我們的工作就是幫助您做到這一點。”

5G仍處于早期部署階段，但你們以及行業的其他公司已經開始考慮6G了。你們是什么時候開始考慮這些問題的？

我第一次就6G接受公開采訪，是在2019年夏末。所以說，我們已經考慮了一段時間了。這看起來可能有點瘋狂，因為首批5G網絡也是在2019年推出的——3月在韓國率先推出，接著是12月在美國推出。所以對我們來說，已經考慮兩年多了。

我們及早涉足這一領域是有理由的，因為在早期便與行業領導者保持接觸是取得長期成功的關鍵。如果您只考慮6G的銷售，那么這一機會在幾年前就已經出現。盡管當時的業務量相對較小，但這的確是事實。不過，隨著業務量不斷增長，如果我們不及早持續地參與其中，要想達到像我們公司這樣的業務規模，就會變得極其困難。

盡早參與其中也意味著與行業領先企業建立信譽，因為這意味著您在早期就了解他們的需求。考慮到開發這些系統需要很長時間——由于其復雜程度以及必須使用一些成熟的新技術——那么成為那些企業長期軌道的一部分對成功至關重要。

是德科技公司6G項目經理羅杰·尼科爾斯

您是否認為測試和測量設備公司需要比行業其他公司更早考慮6G，以便你們能夠為他們提供所需的設備，使6G的開發工作順利進行？

您可以想一想這些系統什么時候部署，之后什么時候生產，而設計、測量和驗證等流程都必須比部署和生產早很長時間開始。因此，我們必須在網絡部署和運行之前就考慮需要做什么。所以說，就我們所做的工作而言，我們必須比行業其他公司更早行動。

這并不是說我們必須比其他公司更早考慮6G的事情。研究6G需要很長時間，才能將新興技術發展成為可以進行概念驗證的技術，并最終進行試驗和部署。因此，我們都是在同一步調上開始考慮這個問題。我們并不是遙遙領先，但我們必須走在行業的前面，以確保他們在開發系統時能夠獲得所需的工具。

由此可見，這些工作既是超前的，也是實時的。這不僅僅是針對商業客戶，還包括研究機構。我們必須對政策層面上發生的事情予以持續關注，包括政府、政府研究實驗室等。

6G離我們還有很多年，許多業內人士認為，到2030年才會進行首次部署。如果特別樂觀的話，可能可以再提前一些。您對下一代無線技術會有什么期望？

最初的6G部署仍要等到2030年才行。顯然，在那之后，還需要幾年的時間，6G才會成為主流。我在這里描述的情況與您在2030年看到的情形不盡相同，而更像是您會在2036年或2037年看到的樣子。

像5G一樣，6G并非通過每秒多少比特、帶寬有多寬、功率水平多大或使用什么頻譜來界定，而取決于如何使用這些系統以及它們對社會的影響。這是一個始于5G時代的關鍵思維范式，因為他們正在設想該系統必須解決的案例，以及這將對社會產生何種影響。隨著6G的到來，“這將對社會產生何種影響”的問題現在更是成為討論的焦點。

那用于界定6G的社會影響是什么？

其中的一個影響是“可持續發展”。換言之，就是在社會中以一種更普遍的方式使用移動無線通信。在過去的幾年里，由于新冠疫情肆虐，我們已經看到了很多這樣的案例。例如，在教育領域，我們可以將教學專業知識和互動性一起帶到教育資源匱乏的農村地區或非農村地區。

這還涉及我們如何管理醫療服務，如像遠程手術之類的事情。圍繞這一點有很多政策問題。遠程醫療在5G時代就已經出現，到了6G時代則會進一步得到發展。

您也可以想一想將如何使用普及的移動通信和計算來管理一個城市，比如實時交通管理、緊急服務，以及許多當今城市所需的物流服務。

是否還有其他影響？

另一個領域是如同身臨其境的遠程呈現，如《少數派報告》或最新的《銀翼殺手》電影中的觸覺全息透視圖像那樣。或者，像你我現在面對面一樣，可以互相握手，而不是視頻通話；你可以觸摸到對方的手，面對的是一個全尺寸的全息視角。雖然這可能看起來有點傻，就像《星球大戰》電影一樣。但是，我們可以擴展其應用，將其用于物理系統的遠程故障診斷，甚至是到因為不安全而通常不能派人執行任務的地方。

還有一些其他的用例，但我要重點談談對隱私和安全的關注。隨著這些系統的使用方式不斷擴展，以及通信系統的數量不斷增加——無論是智能手機，還是相互合作的機器人，或者是內置于我們皮膚內的器械——惡意行為者的威脅變得更加顯著。因此，我們需要一種方法讓系統根據應用的要求，自動了解所需的相對安全或隱私水平，并作出相應調整。我甚至看到了利用人工智能等技術來解決目前最常見的安全問題的潛力，這個問題就是人們沒有正確地配置他們的系統——他們有一扇門，有一把鎖，還有一把鑰匙，但卻沒有將門鎖上。在這種情況下，我們需要一個可以拯救我們的系統，為我們指明正確的方向。

如果6G要通過這些社會影響來界定，那么您如何將這些想法轉化為可供無線行業使用的實際測試和測量設備？

我不是想低估吞吐量、容量以及能源消耗等關鍵性能指標的重要性。但首先，我們對于要完成的任務，至少必須稍微有所了解。其次，要知道必須使用哪些技術才能使其正常運行？必須具備怎樣的性能水平？

拿沉浸式遠程呈現來說，由于在全息圖的大小、每秒的幀數以及通過數字處理獲得清晰圖像方面有要求，其數據速率必須非常快，達到每秒幾百千兆比特。所有這些都只涉及圖像的質量，而這只是整體性能的一個方面。交互式全息圖還對系統提出了特殊的延遲要求，而且正如我之前所說，它具有重大的隱私和安全隱患。

我剛才談到的內容大部分只涉及無線電連接，但網絡的其他部分應該如何發揮作用呢？它是如何管理移動的所有數據的？如果它必須處理和傳送的全息圖不止一張，那么要把所有這些性能要求都乘以n，要如何做到?

這就是我們期待人工智能能夠完美融入6G技術的原因之一。網絡將成為一個非常復雜的系統，它將需要拉動許多“杠桿”才能實現優化，而光靠人無法做到這一點。因此，人工智能將被用來優化必須處理和通信的數據量。或者，它也許能夠預測將要發生的事情，這樣我們就不必只是粗糙地用極端的數據速率并通過延遲來管理從一個地方到另一個地方的信息流。

所以您正是從這一點出發來思考這些新技術可能需要什么，并為之努力嗎？

我剛才所講的這些東西，包括數據速率、延遲、功耗、網絡交互、安全、甚至人工智能，都是為了告訴人們如何建模、設計和執行該系統。他們如果需要幫助，會希望我們這樣的公司為他們提供什么呢？

我們需要測量必須在這種水平上運行的無線電，需要速度非常快的系統來測量寬頻帶和多種無線電技術的高數據吞吐量，需要時效性強的分析系統來測量延遲。我們還將需要網絡模擬和仿真系統，幫助人們了解網絡應該如何運行。

您能否舉例說一說是德科技正在努力開發的測量設備？其他公司可以用它來開發6G技術。

目前還沒有哪家企業建立了可以對數據速率為每秒100千兆比特的空中接口進行測量的系統。我們已經做了一些初步工作，而且取得了良好的效果。我們對射頻收發器進行了仿真模擬，但要打造一個運行速度如此之快、具有全部所需部件的完整空中接口，仍有許多工作要做。

我們可以提供昂貴、精密的系統，可以在亞赫茲頻率下進行一些基本的測量。接下來，我們要面對的挑戰是如何將這些研究工具轉變為主流使用的更加經濟實惠的系統。

系統設計和測量的另一個基本挑戰是數據處理。如果你想在一個可能只有0.25立方米的測量機箱中操縱消耗那么多數據的系統，例如每秒100千兆比特，那么要考慮多個因素。你能這么快地處理數據嗎？全行業面臨的一個挑戰是，這么高的帶寬和數據速率所需的采樣率遠遠大于現場可編程邏輯門陣列（FPGA）和專用集成電路（ASIC）中最先進的時鐘速率。不僅如此，處理這么多數據會消耗大量電力。因此，我們正在研究如何將這些系統變得更高效。

聽您這么一說，似乎隨著6G的發展，還有很多工作要做。就您個人而言，您覺得最令人激動的是什么？

這是一個技術極客的夢想，對吧？關于移動通信，有一點毋庸置疑，即它對我能想到的每一門電子工程和計算機工程學科的知識都有極高的要求。在某種程度上，我認為這對電子行業來說是獨一無二的。

從5G時代開始，我們就盡可能將更多的功能集成到軟件驅動的實施方案中，使系統變得靈活，并且可以重復編程。對6G來說，最大的不同在于它將變得更加靈活。如果你想讓網絡具有所有不同的功能，就要盡可能多地將這些功能變成軟件。我們不可能有虛擬天線和無線電功率放大器。也就是說，我們必須保留現在使用的無線電、電子設備、光纖等，而且其性能還得比以前更好。最重要的是，要對我們如何應對范圍不斷擴大且具有靈活性的虛擬化設立標準，并加以改進。

這意味著，網絡性能的“好”或“壞”的判斷標準變得更加主觀——至少在今天看來，這取決于如何使用網絡以及誰在使用網絡。但是，企業和用戶仍然希望采用“它到底有多好”的量化標準來衡量。這正是令人興奮的挑戰：它就是我所說對主觀進行量化。在設計和監測性能時，需要采取哪些關鍵指標來回答“你的體驗質量如何？”和“安全性如何？”等問題，而不僅僅是每秒的比特數和正常運行時間。除了該行業在未來10到15年內將發展的所有電子技術外，對我來說，這是一個超級令人激動的領域，可以使網絡系統發揮所有功能。

資料來源 IEEE Spectrum