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太赫兹+人工智能:5G商用伊始,6G愿景已来

发布时间:2019-05-24 14:59        来源:亿欧网        作者:

今年3月底,芬兰奥卢大学已在莱维(Levi)举办了全世界的第一场6G峰会,有超过200多位全球顶尖的无线通信专家前往参会。

这场峰会的主题,是"为6G到来铺平道路"。

此前,通信技术的升级迭代,一直以10年为周期。按照业界预计,6G也将于2020年开始研发,2030年投入商用。

而现在来看,6G的时代也有可能像5G一样,提前加速到来。

美国总统特朗普2月21日发布的推特就宣称:"我要美国发展5G和6G技术,越快越好"。

工信部部长苗圩3月9日接受央视采访时也表示,目前中国已经启动6G研究。

那么,6G到底将为我们带来哪些改变?我们又将如何迎接它的到来?

到目前为止,业界还没有对6G是什么,形成一个统一的定义。

有人认为,6G是太赫兹。有人认为,6G是5G+人工智能。有人认为,6G是5G+空联网。

不过,最大的可能,6G是把它们都放到了一起。

移动通信的发展史就是开发无线电波频率的过程

从1G到5G,整个移动通信的发展史,本质上就是一个开发无线电波频率的过程。

简单总结,就是两点:

一,扩展频率的利用范围。

二,提升频率的利用效率。

像种田一样,一边开荒,获得更多的地;一边育种,获得更高的亩产。

6G也不会例外。

从1G到5G,我们利用到的频段,都在下面的无线电波范围内。

它还可以进一步细分为更多的波段。

在不同的波段,无线电波会呈现出不同的特性。

比如,从4G到5G过程中,因为踏出厘米波范围,开始利用频率更高、覆盖范围更小,穿透性能力更弱的毫米波,所以,5G的建网需要部署比4G多最少1.5倍的基站。

而在6G时代,我们将进入一个全新的频段范围:太赫兹(THz)。

这是一个非常吸引人的"神奇"频段。

太赫兹有与光相同的直进性,可以形成清晰的图像;同时,也具有与电波相似的穿透性和吸收性,可以携带海量信息。

它可以轻易穿透塑料、衣物、纸盒等非极性和非金属材料,光子能量却非常低,对人体的辐射能量比X光小100万倍。

它也是非常好的宽带信息载体,理论上可以实现每秒1T bps的下行速度,是5G的50倍,4G LTE的1000倍。

太赫兹波的脉冲,典型脉宽在皮秒量级,它可以将网络的时延进一步降低,从4G和5G的毫秒级,缩短到微秒级。

所以,它又可以在空间遥感、安全检查、医学检测、无损探伤等领域,进行广泛的应用;也可以为无线通信技术带来新的颠覆。

专家预测,在6G时代,我们可能通过地面+低轨通信卫星系统共同组网,真实实现通信网络的全球无缝覆盖。

2004年,美国政府将其评为"改变未来世界的十大技术"之一。

2005年,日本也将其列为"国家支柱十大重点战略目标"之首,举全国之力进行研发。

不过,太赫兹波段的驯服和驾驭实在太过艰难,比如,它的转换效率非常低,信号发射需要更大功率,它的信号也会在大气中快速衰减等等,有太多的物理障碍需要解决。

所以直到现在,6G的标准化还没有真正开始。

但随着技术日益成熟,这些问题都有望在未来十年得到解决,大规模产业化乃至商用化。

6G最重大的突破可能来自于人工智能

如果说,6G在频率上的核心突破,是对太赫兹波段的利用。

那么,在频率之外,最重大的突破,极有可能来自于人工智能。

如果仔细研究移动通信的发展,我们会发现一个非常有趣的情况。

每一代移动通信,都提出了一个面向未来的核心业务特征,但这些核心业务从出现到不断完善,都要向后跨越一代,才会真正发展成熟。

比如,1G实现了从固定通信到移动通信的革命性转变,但无论信号稳定性、通话质量、还是安全性,都存在非常多问题。直到2G时代,手机的话音业务才基本成熟。

2G让我们可以用手机"上网冲浪",但那时还只有WAP和移动梦网。直到3G时代,我们才开始用手机登上真正的互联网,开始拍剪刀手照片,给朋友发微博。

3G刚开始的时候,我们曾经认为,多媒体业务会成为它的杀手级应用,但事实上,直到4G时代,才有了快手、抖音等各种短视频APP和直播的爆发。

而我们畅想的XR(虚拟现实VR、增强现实AR和混合现实MR的统称),以及各种IoT智能设备,在4G时代也才刚刚开始,可能要到5G时代的中后期,才会深入改变我们的工作与生活。

那么,又是什么会在5G阶段提出,在6G阶段成为标志呢?

在6G时代,我们对科技最宏大的想像,确实就是万物互联:所有的人、所有的智能设备,甚至所有的网络、所有的智能体,都实现完全的互联互通。

而要实现万物互联,我们除了5G的能力和太赫兹,还缺少什么?

人工智能。

从1G到4G,移动通信网络连接的是人与人,所以它的业务逻辑是简单的,只需要做好业务管理和用户管理,现在的软件系统已经足够了。

但从5G开始,我们需要把海量的智能设备也连起来,把它们采集的大数据连起来,乃至把这些设备和数据通过场景和服务用起来。

6G网络可能还需要支撑更多的黑科技,比如全息技术、全感技术。

这个过程,只有借助人工智能,我们才能真正实现。

人工智能将如何与通信技术相互赋能与提升?

那么,从5G到6G,人工智能将如何与通信技术相互赋能与提升?

就这个问题,在今天的第53届IEEE国际通信会议(IEEE ICC 2019)上,OPPO标准研究中心负责人、首席5G科学家唐海通过题为"B5G&6G:智慧连接(Connecting Intelligence)"的主题演讲阐释了自己的判断。

在他看来,未来10~20年的发展,可以分成三个阶段:

第一个阶段,是For the AI(赋能AI服务)。

其特征是,5G主要为人工智能业务提供支撑,让本地人工智能服务演化为移动人工智能服务。

目前,5G网络主要还是提供人和物之间的连接,而旗舰级智能手机的人工智能运算力,已经能达到每秒7万亿次运算,一些简单的人工智能应用可以在本地进行,比如照片优化。

即使如此,复杂的人工智能运算,也大都还需要连接网络在云端完成。

但是,受制于成本、设备体积、能耗等问题,并不是所有的本地设备,都能像旗舰手机一样,配置强大的算力、储存力和人工智能处理能力。

唐海认为,在5G时代,人工智能的应用会越来越多,包括但不限于:

(1)基于AI的虚拟助手,如实时翻译,商业服务,多媒体点播等

(2)基于AI的远程控制/干预,如实时的远程监测、分析,干预等医疗服务、智能设备的远程感知、控制,健康监测服务等

(3)基于AI的辅助/自动驾驶

这些业务都需要远端的人工智能的连接需求,并对多输入、速率、成本、时延都各有需求。

而5G将为这些人工智能提供时延更短、带宽更高、连接数更多的一个高速管道。

第二个阶段,是By the AI(AI驱动优化)。

其特征是:人工智能将被引入、并驱动5G的下一步优化。这个阶段,也是目前业界开始有关注与探讨的"B5G(后5G)"阶段。

从目前5G的三大场景--eMBB(增强移动宽带)、URLLC(高可靠低时延通信)和mMTC(海量物联网)来看,5G已经可以基本满足现有大多数人工智能业务对峰值速率、时延、可靠性、覆盖及连接密度等网络指标的需求。

但在向6G演进过程中,越来越多的人工智能业务,可能会对网络性能提出更高要求,依靠孤立的基线指标,将无法达到满意效果。

此时,需要对5G网络进行优化,来满足这些高性能需求。人工智能的引入与调度,可以帮助弥补人为建立的无线通信理论中一些"不完美、不精确"的短板,让5G系统变得更快捷、精细、高效,满足更高的网络性能需求。

当然,到底网络的哪些层次要利用人工智能,哪些应用需要利用人工智能,乃至如何用人工智能提升网络,这些都还是我们在未来5~10年需要去讨论、确定和解决的问题。

不过,唐海判断,整体来看,越往网络侧走,AI所带来的提升价值会越大,但复杂度和难度也会更高。

第三个阶段,是Of the AI(AI无处不在)。它的特征是,人工智能的技术与应用场景全面普及,以智能体交互为代表的新型业务场景出现。

这是唐海展望2030年代、也就是6G时代的愿景。

他认为,在这个阶段,越来越多的业务已经不再需要人类参与,而是由机器和智能体独立完成。

在这个过程中,会有很多业务场景,是单一的智能体无法完成的复杂任务,需要多个智能体来共同协作完成。

因此,智能体直接交互的场景将持续增多,大规模智能体之间的作用,将会带来极高的性能需求。

为了实现这样的未来愿景,6G将需要克服一系列性能提升挑战,并根据业务场景,对网络带宽、时延、可靠性、覆盖、能耗、连接密度、精确度、安全性等指标的进行精确适配,甚至每颗芯片都会有属于自己的天线,并通过人工智能来实现精准调度。

最终,我们将看到"人、物、智"的互联互通,无论物理世界还是虚拟世界,人类社会与人工智能之间,都将实现完全的互联互通。

6G研究现在已经是出发的时刻

看上去,这个愿景似乎还过于遥远。

但对6G研究来说,现在已经是出发的时刻。

其原因在于,每一代移动通信的突破,大都需要全世界无数企业和科技机构共同协作,在理论科学、材料科学、信息工程学等多个基础学科的共同努力,才能不断突破一个又一个曾经看似永远无法逾越的物理极限与工艺极限。

这是一个极其艰巨、极其漫长的过程。从理论研究、技术成熟、产业化到大规模商用,至少需要10~20年的时间来一步一步向前推进。

比如5G的毫米波技术,理论基础早在2000年左右就已经完成,但直到现在,它也才刚刚走出实验室,还需要至少3~5年的网络部署和规模商用,才能真正发展成熟。

而且,从5G开始,通信技术已经与大数据、云计算、人工智能等技术一起,越来越多地参与到传统行业的升级改造之中。所以通信技术的研发,也越来越需要更多行业的参与。

比如无人汽车,新通信技术要与汽车控制系统的融合,就必须满足汽车行业的安全标准。

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