三星發布6G白皮書 多了這1G能做什麼?

作者:新智元   |   2020 / 07 / 16

文章來源:虎嗅網   |   圖片來源:虎嗅網


5G商用才剛剛開始沒多久,已經有人開始大談6G了,6G只比5G多1G?6G到底是超越想象的通訊技術飛躍,還是下一個十年的工程白日夢?對此三星信心滿滿。

三星野心勃勃入局6G,預計2028年開始早期商用

從4G到5G,我們談論的是低延時高速率。那麼5G到6G,我們談論的是什麼呢?

去年秋天,是德科技(Keysight Technologies)就啓動了美國早期的6G 研究工作。研究人員預計,頻率範圍在300GHz 到3THz的亞毫米波,將在2030年左右為6G 網路提供動力,此後還將為7G 網路提供動力。

7月14日,三星發佈了一份名為「全民超鏈接體驗」的白皮書,講述了公司對下一代通訊系統6G的願景!白皮書內容十分詳盡,涵蓋了6G相關的方方面面,包括技術和社會趨勢,新服務,需求,候選技術以及預期的標準化時間表。

令人驚訝的是,三星預計在2028年推出6G服務,比美國預計的2030年的時間框架還要早兩年,儘管目前提出的用例和基礎技術還不是非常成熟。

白皮書原文寫道,「對於6G,我們希望ITU-R(國際電信聯盟(ITU)負責無線電通訊的部門)會在2021年正式開始制定6G的願景。我們希望6G標準制定完成和它最早期的商業化將開始於2028年,而大規模的商業化可能會在2030年左右發生。」

為了加速6G的研究,此前,三星電子SET業務中的高級研發中心三星研究部於去年5月成立了高級通訊研究中心。

「5G商業化尚處於起步階段,開始準備6G永遠不會為時過早,因為從研究開始到新一代通訊技術的商業化通常需要大約10年的時間,」三星研究中心的高級副總裁兼高級傳播研究中心負責人。Sunghyun Choi解釋說。

當我們談論6G,我們在談論什麼?

白皮書中指出,移動通訊系統從2G到5G的演進經歷了幾代人的時間,每一代都向前邁出了一大步,都要經歷從技術標準和願景制定到實際部署的過程。

從3G到4G,花了15年。4G到5G花了12年,5G到6G花了8年。這個時間間隔也在逐漸縮短,這可以歸因於過去十年來技術飛速發展和移動通訊市場的需求擴張。

從2G到3G,數據傳輸能力顯著提升,峰值速率可達2Mbps至數十Mbps,支援視訊電話等移動多媒體業務。

3G到4G,傳輸能力又提升了一個量級,峰值速率可達100Mbps至1Gbps。

4G到5G,又是一種全新的網路架構,其峰值傳輸速度理論上可達20Gbps,1G電影4秒內完成!

6G能做什麼?

鑒於5G 標準已經大幅提高了數據頻寬,降低了4G 的延遲,6G 又能做什麼呢?為什麼要開展6G呢?這些問題是確立新標準的關鍵。

在「做什麼」方面,三星預計6G 將提供比5G 高50倍的峰值數據速率,也就是1000Gbps,用戶體驗速率為1Gbps,同時和5G相比,在一平方千米範圍內可支持的連接設備要多10倍!

此外,三星的目標是將延遲時間從5G 的1毫秒以下降到100微秒以下,且能源效率要達到5G的兩倍。

為什麼要部署6G呢?

6G 的一些潛在應用是迭代式的,包括移動設備的更快寬頻、自動駕駛車輛的超可靠低延遲通訊,以及工廠規模的自動化。5G階段的關鍵應用在6G階段會大大提升性能,包括支持遠遠超出人類感知的下一代計算機視覺技術。

預計到2030年,網際網路設備的數量將達到5000億,比當時的預期世界人口(85億)大59倍。移動設備將採用各種形式,例如增強現實(AR)眼鏡,虛擬現實(VR)頭戴式耳機和全息設備等等。

連接的機器也包括車輛,機器人,無人機,家用電器,顯示器,安裝在各種基礎設施,建築機械和工廠設備中的智能傳感器等等。

移動設備和網際網路機器的演進

這些網際網路設備也將成為6G通訊的主要用戶,代表著對更高速率和更大頻寬的要求。

三星表示,雖然人眼的最大解析度限制在1/150 ° ,視角限制在方位角200 ° 和天頂角130 ° ,多攝像機設備處理數據的解析度、角度、波長和速度,都是人眼無法匹配的,因此消耗了數不清的頻寬。

AI技術滲透6G未來建設,太赫茲通訊商業化面臨挑戰

白皮書還介紹了滿足6G要求至關重要的的候選技術,其中包括太赫茲(THz)頻段的使用,新型天線技術、先進的雙工技術、網路拓撲的發展、頻譜共享以及將AI應用在無線通訊中。

和其他6G研究者一樣,三星也希望太赫茲頻段能夠提供強大的頻寬,但是太赫茲頻段在商業化之前面臨著各種各樣的技術挑戰,就像推出5G之前的毫米波一樣。

太赫茲頻段包括大量可用頻寬,這將啓用具有數十GHz頻寬的超寬頻信道,可能滿足6G對Tbps數據速率要求。隨著相關技術的進步,三星希望6G的設計需要利用高達3000 GHz的頻率。

雖然寬頻頻譜的可用性是太赫茲通訊的主要驅動力,但是太赫茲通訊也有其他的優勢。它可以提供高精度的定位。

為了應對太赫茲頻段傳播這一困難,可以加大引入的大規模的MIMO技術,它可以支援5G中的毫米波(mmWave)頻段。由於THz頻段比mmWave頻段需要更多的天線,實際應用中可能會有更多困難,因此使用增強高頻段信號覆蓋範圍的新型天線技術是必要的。

AI將在6G中扮演更重要的角色。由於6G建設的方案有巨大的複雜性或缺少必要的模型和算法,因此為瞭解決這些問題,三星希望將AI工具廣泛應用在6G的建設中,明確要求每個6G組件都使用AI技術,以優化整體系統的性能和網路運行。

通常,整個網路體系結構由四層實體組成:UE,BS,核心網路和應用服務器。AI的應用可分為三個級別,本地AI,聯合AI和E2E AI。

而頻譜共享技術可以讓多個實體使用頻譜。動態頻譜共享的主要挑戰是避免不同實體之間頻譜使用的衝突,同時允許它們以動態方式訪問頻譜。

從理論上講,為防止此類衝突,網路運營商可以交換所有相關的頻譜訪問信息。但是實際上,這是不可能的,因為實時獲取每個實體的所有必需信息會帶來巨大的通訊開銷。AI卻可以通過預測交換了有限信息量的其他實體的頻譜使用情況來避免此類衝突。

此外,將AI應用在無線通訊中,既可以提高性能同時還可以減少資本支出(CAPEX)和運營支出(OPEX)。AI在應用無線通訊中的其他優勢:

1. 依據網路部署和地理環境,提高切換操作的性能

2. 優化網路規劃,主要涉及基站(BS)位置確定

3. 降低網路能耗

4. 預測、檢測並啓用網路異常的自我修復

6G生活關鍵詞:擴展現實XR、全息影像、數位化副本

5G技術有許多代表性的服務,如增強移動寬頻(eMBB),超可靠和低延遲通訊(URLLC),以及大規模機器類型通訊(mMTC)。這些在6G中都將被進一步的優化改進。

但是6G也給我們的生活帶來了新的改變。由於通訊以及傳感、成像、顯示和人工智慧等其他技術的進步,出現了許多新的6G服務。其中有三個關鍵的6G服務:沈浸式擴展現實(XR)、高保真移動全息圖和數位化副本。

沈浸式擴展現實XR

XR是一個結合了VR、AR和混合現實(MR)的新詞。它在娛樂、醫藥、科學、教育、製造業等各個領域引起了廣泛關注,開闢了新的視野。

XR的潛力和現實之間的關鍵障礙是硬體,硬體的發展難以跟上現行XR設備的構想,移動設備也缺乏足夠的計算能力。

另一個挑戰是足夠的無線容量。當前的AR技術需要55.3Mbps來支持8K顯示,這才可以在移動顯示器上提供足夠的用戶體驗。然而,為了提供真正身臨其境的AR,它的密度應該大大提高,它需要0.44千兆每秒的吞吐量(1600萬個點)。此外,XR流媒體可能對16K超高清高質量視頻有類似的要求。

例如,16K VR需要0.9 Gbps吞吐量(壓縮比為1/400)。目前用戶體驗的5G數據速率不足以實現,但是6G卻很有可能提供這樣的服務。預計到2030年,VR和AR的市場規模將分別達到447億和870億(美元)。

高保真移動全息圖

隨著高解析度渲染、可穿戴顯示器和無線網路技術的飛速發展,移動設備能夠提供3D全息圖顯示的服務。全息技術越來越流行,它可以通過全息顯示器呈現手勢和面部表情。全息圖需要實時顯示,需要超高的數據傳輸速率,比目前的5G系統大數百倍。

例如,19.1億像素需要每秒1Tbps。移動設備上的全息圖顯示(6.7英吋顯示器上的一個微米像素大小)的尺寸因數至少需要0.58 Tbps。但是5G的峰值數據率為20 Gbps,5G不可能實時支持全息圖介質所需的超大量數據。

為了降低全息圖顯示所需的數據通訊規模,可以利用AI實現對全息圖數據的高效壓縮、提取和呈現。在AI的協助下,6G時代能夠實現高保真移動全息圖。到2023年,全息圖顯示器的市場規模預計將達到76億美元。

數位化副本

在先進的傳感器、人工智慧和通訊技術的幫助下,6G時代將有可能在虛擬世界中複製實體——包括人、設備、物體、系統甚至地方。這種物理實體的數字複製品被稱為數位化副本。在6G環境中,通過數位化副本,用戶將能夠探索和監測虛擬世界中的現實,沒有時間或空間的限制。

用戶甚至可以通過虛擬現實設備或全息顯示器,與數位化副本互動。例如,用戶可以通過與遠程站點的數位化副本互動,實時交互來控制該空間中的機器人,從而在遠程站點中實際移動。

在人工智慧的幫助下,數位化副本能讓現實世界的管理問題得到解決,而無需大量人力現實的監督。但是這樣的技術挑戰是重大的。例如,為了複製1 m x 1 m的面積,我們需要一個萬億像素,假設定期同步為100毫秒,壓縮比為1/300,則需要0.8 Tbps的吞吐量。預計到2025年,數字複製品的市場規模為260億美元。

這些對6G生活的暢想都是基於現行6G技術的研究情況和人工智慧現行發展的趨勢。但是真正的6G時代會是什麼樣呢?我們無從得知。

遙想上一個十年,讓人不勝唏噓。

2012年,人們還拿著跨時代的iPhone4s,稱贊著3G網路的圖片接收能力。

2015年,4G開始普及,圖片的快速加載早就不是問題,視頻流走上歷史舞台。

2018年,抖音大火,背後少不了4G技術的一次次更新提速。終於,2019年,迎來了第一個5G套餐。

就在去年,我們還在討論5G商用到底能為我們的生活帶來哪些改變,是雲端遊戲更快的速度?還是超高清影音直播?

而轉眼,6G技術賦予未來生活的將是無限可能。就算現在還不知道6G出現後會有怎樣的應用場景,但相信屆時一定會看到超越我們當前想像力的東西。

轉載自虎嗅網》

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