6G, 预计2030年开始普及

6G 可能是第一代机器通信比人际通信更重要的时代。

6G 预计将于 2030 年开始普及，而 5G 的持续进步将缩小蜂窝技术与 6G 的差距，使得 6G 初期部署更接近一次技术升级。但这只是起点，后续 6G 将展现更大潜力：连接更多设备、实现显著更高的数据速率，并支持当前技术无法满足的、对消费者有吸引力的新服务。

不过，6G 的诸多细节仍待解决，包括各国频谱分配、不同应用的最佳频率，以及对旧技术的支持程度等。在 6G 正式亮相前的五年里，升级工作将逐步推进。

这其中就包括 AT&T 的 5G+，其预计将提升 5G 性能并增加单个基站可处理的设备数量。西门子数字工业软件解决方案网络专家 Ron Squiers 提到：“3GPP Release 17 在 ProSe（近距离服务）和侧链通信的定义中，更广泛地加入了点对点通信，这对 V2X（车对万物）等技术至关重要。我认为，随着 5G 的首次实例化，X 并未真正广泛部署，而这些技术将发挥更大作用，尤其在与智慧城市互动时，如 V2X、V2 行人、V2 基础设施等方面。”

还有 5G Advanced（或称 5.5G）。Ansys 5G/6G 项目总监 Shawn Carpenter 表示：“这是我们目前推进和设计的中间技术步骤，能让我们获得额外频谱和 3GPP 原计划提供的功能 —— 此前因兼容性问题，这些功能未被大规模融入网络。这将缓解消费者对被迫进入新的技术节点、不得不为新手机付费的担忧。我们需要巧妙保留传统设备，继续进行兼容性设计。世界多数国家已进入 5G 时代，向 6G 转型时将面临类似问题。在该领域成功的关键，是能将 6G 突破性技术融入仍能让五年前手机用户享受良好服务的形式中，这种兼容性将持续给服务推出方带来压力。”

从这一角度看，6G 将在近乎实时的数据传输中提供更高可靠性和超低延迟，为新一代垂直应用（尤其是工业 4.0）奠定基础。相比之下，5G 的目标是提升数据吞吐量和带宽，包括通过 “网络切片” 或专用网络（由公共运营商或私有服务提供商运营），在单一物理网络中同时支持车载关键交通信息和视频流等不同需求。

英飞凌指出，最终 5G 将通过移动无线电，借助物联网和工业物联网实现万物互联与自动化。5G Advanced 节点将包含 C 波段和中波段的多用户大规模 MIMO。因此，当 6G 真正落地时，它将实现 5G 未兑现的承诺，以及更复杂的边缘 AI。

西门子的 Squiers 认为：“机器对机器的通信模式将成为主流，机器人、基础设施、智能城市以及旧金山周边的 Waymo 出租车等，都将发挥边缘计算的作用。”

事实上，6G 可能是第一代机器通信比人际通信更重要的时代。普渡大学校长、近期获 IEEE 创始人奖章的 Mung Chiang 表示：“机器间的边缘计算将真正普及、可扩展，并广泛应用于多个垂直领域。应用层面的挑战在于，如何思考人机交互和使用需求之外的不同应用领域。”

频谱和频率挑战

传统上，每代新移动技术的开发与推出约需 10 年，但周期正不断压缩。如今，从国际移动通信（IMT）目标设定到全面实现约需五年。

需解决的技术问题之一是各区域的频谱分配。Squiers 称：“频谱是复杂问题，涉及如何改革 6GHz 以下频段以支持未来 5G 和 6G。美国国家电信和信息管理局（NTIA）与联邦通信委员会（FCC）负责美国频谱使用管理，但这一切需通过与世界无线电大会（WRC）等国际组织的条约谈判确定，而通过 IMT 2030，这些谈判正在推进。例如，WRC 已同意 2027 年为 6G 分配 7 至 8.5GHz 频段，但该频段仍在变化中。”

亚太赫兹和太赫兹频段（涵盖 100GHz 至 10THz）对 6G 及更高级别发展至关重要。Cadence 指出：“这些频率将补充 6GHz 以下、中频段和毫米波等较低频段频谱。6G 太赫兹通信提供可观带宽，能有效应对无线网络当前面临的频谱稀缺挑战，为每秒太比特（Tbps）的无线连接开辟可能。”

Ansys 的 Carpenter 认为：“大概在 2030 年到 2035 年，我们才会开始看到 6G 设备的真正推出，尤其是 6G 将带来更多频谱。WRC 和 FCC 正在探索额外替代频段，包括中高频段。这给军方带来一些问题，他们需腾出部分频谱用于商业用途。”

6G 的推出复杂度尚不明确。弗劳恩霍夫 IIS/EAS 高效电子部门负责人 Andy Heinig 表示：“如果 6G 更节能，它将取代 5G，但目前尚不明确。目前，每个新标准都需要更多能源，从这一角度看，继续使用旧标准有意义。在欧洲，由于其他标准所需频段，非常老旧的标准会被关闭并取代。我预计，若继续使用 5G，6G 的 IP 成本初期可能更高，这是最终客户或技术提供商需承担的费用。”

要发挥 6G 的真正潜力，需支持毫米波技术的更高频率。Heinig 说：“这可能是不同技术的混合搭配。若要达到 28、34、38GHz，需采用更具体技术，成本也会更高；另一方面，需要更多数字处理或数据处理能力。若真想使用新频段，需更多类型芯片满足频率要求。我不确定不使用新频段能否合理发展 6G，但确实需要这种新芯片技术，或更多芯片技术支持。”

从芯片设计角度，即将推出的频段众多（28GHz、38GHz、40GHz 甚至 60GHz），支持所有频段是挑战。Heinig 称：“最终可能只选择一两个频段。至 60GHz），支持所有频段是挑战。Heinig 称：“最终可能只选择一两个频段。全球互操作性也可能存在问题，不同国家使用不同频段，因此需要高度灵活性。由于需高度集成系统，我们肯定会遇到多物理场问题。”

人们曾希望毫米波频段的超宽带在 28 和 39GHz 良好运行，但情况可能改变。Carpenter 说：“我们现在看到 AT&T、Verizon 和 T-Mobile 等运营商在这些频段的频谱许可证到期。几年前他们花费数十亿美元获得该频谱使用权，如今却不再保留，因为安装和开发毫米波设备成本太高，且覆盖距离大幅缩短 —— 频率提高 10 倍，覆盖范围、有效半径和带宽都会缩小 10 倍。要解决这一问题，必须提高密度，在更多基站安装更多接入点，成本极高。此外，毫米波频段产生射频能量时会产生更多热量，因射频和毫米波对电子设备要求更高，会浪费更多能源和热量。因此，超宽带可能用于更集中的应用，如体育场、火车站和地铁站 —— 这些地方人流密集，天线系统在视线范围内，能确保环境中不会有大量回声、多径干扰接收器和自干扰。这类技术仍有用武之地，但许可证、需求和用例将集中在这些高密度、人口密集的开放空间区域。”

还需确定最新 Wi-Fi 协议的频谱。Synaptics 低功耗边缘 AI 高级产品经理 Ananda Roy 表示：“Wi-Fi 7 开放了 6.0 频谱，该频谱在全球多个地区正接受监管审查，但已获美国联邦通信委员会（FCC）批准。欧洲迈出一大步，开放了部分 6GHz 频谱用于 Wi-Fi 运营；亚洲一些国家（如印度和日本）也开放了 6GHz 频谱，中国尚未开放。未来 Wi-Fi 将在 2.4GHz、5GHz 运行，也将在 2.45GHz 和 6GHz 运行。这使更多设备能接入 Wi-Fi 网络，支持更密集应用。比如在酒店或多户住宅等房屋相邻区域，可让多个 Wi-Fi 设备在近距离共存。这将从 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5 的几台设备，转变为 Wi-Fi 6 的二三十台设备，如今甚至可让数百台设备在近距离运行 —— 这就是 6GHz 的作用。”

技术采用

新技术的采用速度差异很大，5G 就是明显例子，其在不同国家和社会领域的普及差异巨大，6G 的差异可能更大。

西门子的 Squiers 说：“如果你生活在中国，凭借自上而下的政府和行业合作，几乎可以一夜之间建成智慧城市。说到全面实现 5G 潜力，我认为中国正在逐步实现其目标。在美国，5G 潜力尚未完全实现，移动宽带和远程医疗等超可靠通信领域的部分功能已实现。5G 兑现潜力的最佳案例或许是工厂中的机器对机器通信 —— 我们在将 5G（尤其是 5G 专网）融入工厂环境，用于自动导引车和与工厂机器人通信方面做得很好。鉴于美国目前形势，这只会加速推进，我们将在短期内看到更多此类应用。”

普及速度缓慢的原因有很多。首先，在一些高度工业化国家，电信选择更多。Squiers 补充：“此外，监管环境使运营商难以随意架设天线，需要经过一系列流程，包括获取土地、安装基站及扩建以支持新天线 —— 这些新天线对 5G 所需新频谱至关重要。许多基站像圣诞树一样，在现有基站上悬挂了更多天线。此外，就办公空间而言，小型基站部署速度不如预期，工业企业中 Wi-Fi 部署仍占主导。5G 应在某些区域（尤其是高层建筑）开始取代 Wi-Fi，但这需要时间。”

Ansys 的 Carpenter 认同基础设施是问题之一。“5G 系统是完整系统，涵盖数据传输、天线系统、相关技术，还包括服务提供商的计费机制等。尤其在北美，我们面临蜂窝网络革命兴起时的基础设施问题 —— 当时已部署铜线基础设施，全身心投入蜂窝网络不划算，因为家家户户仍有电话。但在缺乏此类基础设施的新兴地区，情况不同，他们无需铺设铜线，可直接采用无线技术。这正是北美存在的问题：我们在 4G 甚至早期 5G 通信中投入不少，但北美（或许还有欧洲）的运营商重点是增加 5G 服务，同时确保不疏远使用 3G、4G 和 4G LTE 服务的用户。而其他一些地区的文化或新兴地区，未在 3G 和 4G 技术上投入太多，也无需被迫确保与旧设备的兼容性。”

Carpenter 解释，迄今为止 3G、4G 和 5G 的混合部署，必须与部分运营商的 5G 独立组网（5G SA）服务分离。“一些客户服务提供商不得不拆除并更换投入巨额资金的传统设备，安装完整的 5G 独立组网设备，以实现当前 3GPP 对 5G 定义的所有强大功能。”

T-Mobile 是全力投入 5G 的公司。Carpenter 指出：“T-Mobile 选择不纠结兼容性问题，真正聚焦 5G 功能并大力推进。如今，其用户享受到的服务获得很高满意度，带宽良好，全国网络覆盖相当不错 —— 这并非易事，他们必须下定决心、全力推进并安装设备，不必过多担心向后兼容性，如今正在收获成果，其他一些运营商也在努力追赶。”

总体而言，更快部署可推动美国技术普及率提升。普渡大学的蒋教授说：“很多应用是反复试验的过程，没人能完全准确预测人们或机器将如何使用它。你只需部署、调整，并从已部署技术中学习，就像上世纪 90 年代初中期 —— 当时路由器和 DSL 宽带普及，支持了各种应用程序，几年后雅虎、亚马逊和谷歌相继出现，人们开始学习在应用层提供价值，这是因为物理层和 Mac 层已部署完毕。”

在可预见的未来，从 3G 到 6G 的普及仍将参差不齐。

结论

尽管 6G 网络可能复杂且昂贵，但肯定会出现像当今互联网一样不可或缺的用例。

西门子的 Squiers 指出，支持 VR 全息图等未来范式需要巨大带宽。“没有 6G 就意味着放弃这类目标和商业机会，我认为不会出现这种情况。5G 是一大步，我们确实取得很多成就。就像任何事情一样，这些都是连续过程，5G 的一个版本与 6G 之间不一定是阶跃函数，它会随着技术突破和进步逐步发展。”

Ansys 的 Carpenter 表示同意，一个不可思议的未来即将到来。“它或许诞生于麻省理工学院、印度理工学院的宿舍，或欧洲、东南亚的顶尖大学，但未来会出现需要强大计算能力的应用。

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