6G還能做什么

6G的愿景

今天可能有人會問，5G已經(jīng)發(fā)展到萬物互聯(lián)這個階段了，那6G還有什么用呢？

大家可能玩過《塞爾達(dá)傳說》《賽博朋克2077》這類沉浸式游戲。在這些游戲里，無論場景如何精美逼真，情節(jié)多么跌宕起伏，我們從來不會覺得游戲里的角色就是自己，也不會認(rèn)為游戲里的生活就是真實(shí)的生活。我們始終是一個游戲角色的操縱者。

2018年，一部叫《頭號玩家》的電影上映；近幾年，許多知名的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開始布局元宇宙。這些都指向了同一個遠(yuǎn)方：在未來，人們可能構(gòu)建一個平行于現(xiàn)實(shí)世界的虛擬世界。在這個世界里，“眼鏡一戴，誰都不愛；閃展騰挪，升級打怪”，給人一種超強(qiáng)的臨場感和沉浸感。而這些看似天馬行空的設(shè)想，有可能在6G技術(shù)的助力下成為現(xiàn)實(shí)。

在5G時代，人們通過萬物互聯(lián)可以收集大量數(shù)據(jù)信息，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，推動整個社會的數(shù)字化進(jìn)程。而在6G時代，數(shù)字化程度會進(jìn)一步加深。

我想到了古希臘數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯的一個著名觀點(diǎn)——萬物皆數(shù)。在6G時代，我們將用采集到的大量數(shù)據(jù)信息，建立物理世界的另一個孿生兄弟。這就是我們在闡述6G愿景時經(jīng)常提到的“數(shù)字孿生”。

這比起《頭號玩家》里的場景更進(jìn)了一步，因?yàn)樗粌H僅是對現(xiàn)實(shí)世界1比1的還原和模擬。我們在這個數(shù)字世界里還可以模擬未來、預(yù)測未來，進(jìn)而提前采取一些措施對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行干預(yù)。如果兩個世界建立起緊密的聯(lián)系，那就可以實(shí)現(xiàn)6G改變世界的愿景。

6G愿景的另一個特點(diǎn)就是智慧泛在。

在5G時代，我們已經(jīng)有了智慧家居、智慧工廠、智能汽車，但這些設(shè)施是一個個孤島。對這些技術(shù)，我們只能評價為聰明，但它們談不上有智慧。在6G時代，科研人員有可能把這些孤立的設(shè)施有機(jī)地融合起來，通過學(xué)習(xí)、分析、預(yù)測，讓它們對人類的行為進(jìn)行合理化建議，讓人感覺智慧無處不在。

我選取了幾個比較有意思的場景和大家一起暢想一下。

第一個場景：數(shù)字孿生人。通過一些可穿戴設(shè)備和植入體內(nèi)的傳感器，科研人員可以深入地采集人體的一些信息，并用這些信息構(gòu)建一個數(shù)字化的“人”的模型。基于這個模型，我們可以預(yù)測人體器官和系統(tǒng)可能出現(xiàn)的病變，進(jìn)而提早進(jìn)行人為干預(yù)，有效地預(yù)防卒中、心肌梗死這類疾病的發(fā)生，增加人類的生存機(jī)會。

第二個場景：通感互聯(lián)。未來可以傳遞的將不僅僅是圖像、聲音，還可能傳遞更多的感官信息，譬如嗅覺、味覺、觸覺，乃至情感。

試想有這樣一對異地戀的情侶，他們最初是見字如面，紙短情長；后來是通宵打電話，意惹情牽；再后來是打視頻電話，實(shí)時分享。但6G將可能讓他們跨越千里相擁，讓情意在電磁波中流淌。

第三個場景：全息通信。大家可能對全息投影并不陌生。2013年，周杰倫在演唱會上和“鄧麗君”隔空對唱了一首《千里之外》，當(dāng)時就是利用全息投影成像技術(shù)給人以裸眼3D的視覺體驗(yàn)。而6G將讓這種視覺技術(shù)拓展成具有可操作性的應(yīng)用，我們通過移動通信網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)多人遠(yuǎn)程實(shí)時互動。未來遠(yuǎn)隔重洋的親人們可能就可以通過全息通信，齊聚在老房子的葡萄架下，一起尋找流逝的舊時光。

這些愿景是十分美好的，但我們還是要回到現(xiàn)實(shí)，看看我們現(xiàn)在距離成熟的6G技術(shù)還有多遠(yuǎn)。其實(shí)，我們現(xiàn)在距離實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)還有很長的路要走，這就需要我們繼續(xù)探索和創(chuàng)新，持續(xù)突破6G的關(guān)鍵技術(shù)。

6G的關(guān)鍵技術(shù)

6G的關(guān)鍵技術(shù)大致分成這4個方向：無線通信、無線組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。我挑取其中的一些技術(shù)跟大家展開來說說。

第一個技術(shù)是智簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，所謂“大道至簡”，少即多。

比如，大家都吃過快餐，很多連鎖快餐店的經(jīng)營模式都是中央廚房配送半成品給各個連鎖門店，門店再根據(jù)顧客的需求進(jìn)行一些定制化處理。

智簡網(wǎng)絡(luò)也采用了類似的云邊兩極架構(gòu)：把總體控制放到云端，統(tǒng)領(lǐng)整個系統(tǒng)；把用戶側(cè)需要快速控制的一些信令放在邊緣。這樣就使6G在統(tǒng)一的架構(gòu)下，實(shí)現(xiàn)功能劃分簡明、控制流程簡化、用戶體驗(yàn)簡潔、服務(wù)按需提供、處理按需定制的效果。

第二個技術(shù)是向高頻段拓展。如果我們把數(shù)據(jù)理解成車道上面的車輛，那么，頻段寬度就是馬路的寬度。從5G到6G，如果我們想實(shí)現(xiàn)百倍速率提升，最直接的方法就是探索新頻段，進(jìn)一步拓寬這個車道。

目前我們常用的頻率主要集中在10吉赫茲以下，在5G時代，我們已經(jīng)向上探索到了毫米波波段。在6G時代，科研人員將進(jìn)一步向上探索太赫茲和可見光波段。

太赫茲波段可以給我們帶來更高的傳輸速率和更小的天線尺寸。那到可見光波段呢？未來我們可能只要打開電燈，就可以上網(wǎng)。以后朋友到你家做客，可能就不會問Wi-Fi密碼是什么，而是問你家燈的開關(guān)在哪兒。

還有一個技術(shù)叫“空天地一體化組網(wǎng)”。首先我要解釋一下什么是“組網(wǎng)”。組網(wǎng)是指支持通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相互連接，最后形成一張覆蓋一定區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以是地面上的基站，也可以是天上的衛(wèi)星。

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2024年6月底，我國建成5G基站391.7萬個，構(gòu)成了全世界最大的一張5G網(wǎng)絡(luò)。即便如此，依然存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足和覆蓋不到的地方，像沙漠、海洋、地形十分復(fù)雜的山區(qū)，都不適合大規(guī)模建立地面基站。所以在6G技術(shù)的支撐下，一個解決辦法就是憑借空天地一體化實(shí)現(xiàn)三維立體覆蓋。這時候，基站不僅僅可以部署在地面上，還可以部署在高空平臺、無人機(jī)，甚至衛(wèi)星上。

可能有人會問，衛(wèi)星通信由來已久，為什么以前沒有做到空天地一體化？這個問題的關(guān)鍵就在于“融合”兩個字。

第一個融合是標(biāo)準(zhǔn)的融合。過去地面通信和衛(wèi)星通信的標(biāo)準(zhǔn)是完全不同的，就像兩個語言不通的人在聊天，雞同鴨講。這導(dǎo)致兩個產(chǎn)業(yè)的用戶、產(chǎn)品都是獨(dú)立開發(fā)和發(fā)展的。6G將使衛(wèi)星和地面的通信使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就使其在技術(shù)層面上做到了互聯(lián)、互通和互操作。

第二個融合是終端的融合。現(xiàn)在已有國產(chǎn)手機(jī)支持天通衛(wèi)星通信，雖然通信質(zhì)量和形式還比較受限，但已經(jīng)證明了空天地一體化終端融合的可行性。以后人們“一機(jī)在手，上天入地都不怕”。

第三個融合是網(wǎng)絡(luò)的融合。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有機(jī)融合，無縫銜接，網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一調(diào)度。到那時，用戶在使用手機(jī)的過程中，將“不識信源真面目，只緣身在此網(wǎng)中”。

（凌風(fēng)摘自微信公眾號“中國科學(xué)院格致論道”，本刊節(jié)選，Mucro圖）