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6g研究全球竞赛大幕开启 中国能否继续引领全球?
2022-01-20 11:09:45 来源:c114通信网

全球范围内,5g网络建设正酣,虽然其商业价值仍处在探索和拓展阶段,但业界已迫不及待地启动了下一代6g技术的研究。特别是随着多家行业组织、研究机构和通信厂商、运营商面向社会发布关于6g的白皮书,6g也逐渐破圈成为备受公众关注的热门话题之一。

一、为什么需要6g?

6g是下一代移动通信技术,将在承接5g的基础上继续破除通信技术的局限,推动人类社会的不断进步。

数字化技术的发展将使得创建虚拟的数字世界成为可能,人类的未来将是真实的物理世界与虚拟的数字世界实现深度融合、万物智联的全新世界。比如,未来的终端设备,触摸屏输入将会成为过去,通过新型的人机接口,人们甚至会依赖脑传感器来操纵机器设备;再比如全息通信和感官互联在未来工作和社交活动中将会普及,人们将可以不受时间、空间的限制,实现多维感官的交融响应。还比如未来的城市里,无数的智能传感器、智能机器人、无人驾驶车辆将通过相互间的协作与学习,提升工作效率和准确性,从容应对各种实时的变化。

而要满足这些未来场景的需求,就需要移动通信网络提供比5g更快的速率、更大的吞吐量、更低的时延、更可靠的稳定性、更智能的调度、更低的能耗等等,才能实现物理世界与数字世界的连接和融合,这就是6g要解决的问题。

6g要在速率和带宽上超越5g,首先要解决频谱问题。无线频谱是移动通信发展的基础,同时也是稀缺资源,从1g到5g移动通信集中使用的无线频谱都在6ghz以下,主要是基于低频段频谱可以实现广覆盖的经济特性,但同时也受限于带宽的不足并牺牲了对于速率的更高追求;因此为了在速率和带宽上实现突破,5g首次将移动通信技术拓展到了24ghz 至 50ghz的毫米波频段,开始了移动通信技术在高频段的拓荒之旅;未来6g要实现比5g更高的速率和更大的带宽,就只能挺进比毫米波更高的频段进行开垦。

因此,业界普遍将100ghz至10000ghz(或0.1-10thz)的太赫兹频段视为6g最可能使用的工作频段。相比于毫米波,太赫兹频段频率更高、通信容量更大,具有传输速率高、抗干扰能力强和易于实现通信探测一体化等特点,并且是电磁波谱中唯一尚待开发的新频段,频谱资源极为丰富。借助太赫兹频段大带宽特性,足以支持6g所需超高传输速率和超大传输容量的能力,因此美国联邦通讯委员会(fcc)在2020年就开放了95ghz-3000ghz频段作为实验频谱用于6g技术研发。

当然,对于太赫兹频段的利用仍亟待全面探索,基于当前的技术能力,高频段太赫兹基站组网的有效覆盖半径仅为10米-50米左右,要满足公众网的全覆盖需求所需基站数量难以数计,因此6g研究需要在新的无线空口技术等层面取得突破才能解决太赫兹基站覆盖的经济成本和物理组网问题。

二、6g研究全球竞赛大幕开启

6g作为前沿技术,最早由学术界牵头开始研究。位于通信强国芬兰的奥卢大学,在芬兰政府的资助下于2018年率先启动“6genesis——支持 6g 的无线智能社会与生态系统”的6g旗舰项目,并于2019年3月组织邀请 70 位来自各国的通信专家,召开了全球首届 6g 峰会,发布了全球首份 6g白皮书,对于6g研究的起步起到了推动作用。

其后,随着6g愿景的逐渐清晰,为了在6g研究上占据制高点,世界各国政府开始针对6g研发开展战略性布局,而美国成为率先抢跑的国家之一。

由于美国的5g部署受到频率分配的限制,在国际通用的6ghz以下低频段上干扰较多,而不得已先发毫米波商用,由此也导致了其5g发展的缓慢。所以有部分美国官员和专家主张美国可以考虑跳过5g直接发展6g,早在2018年9月,就有美国联邦通信委员会(fcc)官员首次在公开场合展望6g技术,提出6g将使用太赫兹频段,6g基站容量将可达到5g基站的1000倍等观点。2020年5月,美国电信行业凯发k8娱乐的解决方案联盟(atis)发布了6g行动倡议书,建议政府在6g核心技术突破上投入额外研发资金,鼓励政府与企业积极参与制定国家频谱政策。2020年8月,特朗普政府正式批准了美国6g的实验,随后美国联邦通讯委员会(fcc)开放95ghz-300ghz太赫兹频段作为实验频谱,正式启动了6g技术研发。

作为全球第一个实现5g商用的国家,韩国同样是最早开展6g研发的国家之一。韩国通信与信息科学研究院于2019年4月召开了6g论坛,正式宣布开始开展6g研究;韩国科学与信息通信技术部(msit)在2020年8月发布《引领6g时代的未来移动通信研发战略》,计划5年投资2000亿韩元(约合1.68亿美元)用于6g技术研发,以确保韩国在2028年成为全球首个6g商用的国家。

为和韩国展开竞争,日本在2020年4月和6月抢先发布全球首个以6g作为国家发展目标和倡议的《6g技术综合战略计划纲要和路线图》,提出要在 2025 年实现 6g 关键技术突破、2030 年正式启用 6g 网络、日本掌握的 6g 技术专利份额要超过 10%等目标。由此,日本也成为全球率先出台 6g 国家战略的国家。

欧盟则采取多国整体战略合作模式推进6g 研发,自2020年初开始先后出台了包括《塑造欧洲的数字化未来》、《欧洲新工业战略》、《2030数字化指南》等多项相关战略推动6g技术发展。2021年1月欧盟启动了6g旗舰项目hexa-x,汇集了包括通信设备商诺基亚、爱立信,通信运营商orange、telefonica和芬兰奥卢大学等25家企业和科研机构,计划总体投入800 亿欧元以构建欧盟 6g 技术发展路线图,全面助力欧盟在全球 6g 研发竞争力的提升。这是欧盟将关键的行业利益相关者聚集到一起、共同推进 6g 的重要一步。

我国的6g研究启动也比较早,2019年6月,由工信部牵头,成立了中国 imt-2030(6g)推进组,标志着我国6g研发正式启动。推进组的成员主要包括三大运营商、通信设备制造商、高校和研究机构等,成为聚合中国产学研用力量、推动中国6g技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。2019年11月,由科技部牵头,成立了国家6g技术研发推进工作组和总体专家组,其中,推进工作组由相关政府部门组成,职责是推动6g技术研发工作实施;总体专家组由来自高校、科研院所和企业共37位专家组成,主要负责提出6g技术研究布局建议与技术论证,为重大决策提供咨询与建议。(特约作者 老解)

三、我国6g研究面临外部挑战

6g研究的全球竞争已经在国家层面轰轰烈烈地展开,对于已在5g商用上取得全球瞩目成绩的中国而言,要想在未来的6g竞争中继续保持领先地位,需要应对的挑战很多,但当前最主要还是美国的围追堵截。

5g发展的不利成为推动美国加快6g研究的最大动力。在2020年8月特朗普政府正式批准了美国6g的实验之后,为了加快6g研究进展,美国电信行业凯发k8娱乐的解决方案联盟(atis)在当年10月份发起成立了一个专门管理北美6g发展的贸易组织 —— next g 联盟。联盟确定的战略任务主要包括建立6g战略路线图、推动6g相关政策及预算、6g 技术和服务的全球推广等,其最终目标是在6g时代确立美国的领导地位。

为了扩大next g联盟的影响力,其组织成员除了美国的信息产业巨头,如高通、苹果、思科、微软、谷歌和通信运营商at&t、verizon等之外,还吸纳了欧洲的通信厂商爱立信和诺基亚,以及韩国的三星和lg,日本的夏普、nec、docomo等,台湾地区的芯片巨头台积电也忝列其中。

但next g联盟明确要求在美国商务部实体名单中受出口、再出口和/或转让许可要求约束的组织没有资格参加该联盟,由此一举将华为、中兴等中国企业排除在外,形成了其与盟友之间进行6g合作的小圈子。这也是继美国通信市场将中国企业排除在5g商用机会之外,在6g研究上继续打压中国企业的延续。

2021年底,next g联盟高调宣布与韩国5g论坛签署谅解备忘录,宣布两个组织将在讨论制定6g路线图、全球标准化和频谱方面进行深入合作,其目的就在于为其牵头制定的6g路线图寻求更多的国际支持。在2021年10月,next g联盟向国际电信联盟下属的无线电通信部门itu-r提交了关于imt-2030愿景的6g路线图建议,希望由此来影响未来6g全球标准的制定。

当前,太赫兹已成为6g早期研发的重要实验频段。美国国家基金会、国家航空航天局等机构从20世纪90年代就开始对太赫兹技术研究进行大规模的投入;由30多所美国大学合作组建的“太赫兹与感知融合技术研究中心”也于2020年9月启动了针对无线技术和太赫兹芯片的研究;因此美国在高频无线领域从技术基础、射频硬件和芯片等领域均形成了一定的领先优势。美国联邦通信委员会(fcc)于 2019 年 3 月全球首先宣布开放 95ghz-3000ghz 太赫兹用于6g实验、next g联盟向itu-r提交6g路线图建议,其目的就在于将美国在太赫兹技术上的优势转化为其对6g技术全球标准的影响力和主导权。

但是,由于受到美国商务部的实体清单制裁影响,包括华为、中兴在内的我国高科技企业不仅被next g联盟排除在外,得不到技术交流的机会,而且在相关技术、芯片等进口方面也受到美国政府的严格限制,严重影响了我国在高频无线技术领域的研发进展,一旦美国借助技术领先优势和盟友效应在6g全球标准制定上占据主导地位,则我国在4/5g时代抢回的通信技术标准话语权就有可能再度失去,转而落入被动挨打的局面。

四、我国6g研究需克服内部阻碍

当前,我国已建成5g基站140万个,5g手机终端连接数超过5亿户,在全球市场居于遥遥领先的位置,取得了骄人的成就,但由此也造成了国内在6g研究上对于5g经验的路径依赖,阻碍了6g技术创新与突破。

我国imt-2030(6g)推进组在2021年6月最新发布了《6g总体愿景与潜在关键技术白皮书》,然而,这份由权威机构发布的对我国6g研究具有指导意义的战略性文件,却仍然将6ghz及其以下频段的新频谱视为6g发展的战略性资源,认为“通过重耕、聚合、共享等手段,进一步提升频谱使用效率,将为6g提供最基本的地面连续覆盖,支持6g实现快速、低成本网络部署”;对于已成为业界对6g的共识并且美国已投入试验的太赫兹、可见光等更高频段,却更强调其“受传播特性限制,将重点满足特定场景的短距离大容量需求”的局限性,轻描淡写地认为“这些高频段也将在感知通信一体化、人体域连接等场景发挥重要作用”。

从考虑未来建网的角度出发,imt-2030(6g)推进组重视中低频段的观点固然有其合理性,但从引领6g技术研发的角度看却难免有避美国锋芒之嫌。要满足6g对超高速率、超大容量的频谱需求,高频段技术已是必然,当前业界对于6g技术研究的重点课题也是如何突破高频段设备的覆盖经济性问题;而imt-2030(6g)推进组的白皮书把以最快的速度建成一张大规模覆盖的6g网络作为目标,寄望于在未来的6g竞争中继续靠网络规模争胜,这明显是对我国5g成功经验的路径依赖。

我国的5g建设,首先规划在3.5ghz和2.6ghz的中频段建网以满足高速率和大带宽的场景需求,但在5g应用匮乏,5g设备运行成本高企的情况下,又转而规划2.1ghz和700mhz的低频段建网以实现低成本5g的更大范围覆盖,因此才得以在短短三年时间里完成了140万5g基站的建设,实现了5g建网规模的全球领先和对全球5g产业的市场引领。

但随着5g标准向r16,r17,以及r18发展,5g对于高速率和大带宽的需求最终还是要由中、高频段来支撑和实现,并且其技术价值将在垂直行业应用中得到最大化的体现,所以随着5g向前演进到6g,竞争将越来越多地集中在技术优势和产业价值上,而不是网络规模的大小。

因此,如果是因为美国已经在太赫兹技术上形成了竞争优势,我们就要绕开高频段而强调6g在中低频段上的快速建网,无疑是以5g的初级思维看6g,把6g当作普通的连接技术迭代,却忽视了6g技术将承担连接物理世界和数字世界的战略意义,这样的技术观点无法在全球6g研究中起到引领作用,也很难在6g全球标准的竞争中赢得广泛支持。

除了imt-2030(6g)推进组的技术观点之外,我国领先的通信企业对于推进6g研究也存在瞻前顾后的消极心态。由于我国在5g标准上实现了引领,国内企业在5g专利和5g市场上积累了大量的利益,过早和过快地推动技术标准向6g演进无疑将对5g的既有利益造成一定程度的损伤,因此普遍对于新一代技术的投入较为消极,而陷入“进化短视”的路径依赖。

因此,在竞争已日趋激烈的6g研究赛道上,面对美日韩及欧盟咄咄逼人的进取心态和美国围追堵截的严峻挑战,如果我国的产业界仍然停留在对5g经验的路径依赖上,无疑错失6g机会被人反超的风险将越来越大。

五、我国6g竞争策略建议

面对美国在太赫兹等高频技术上的优势挑战,以及其对我国企业进行技术封锁的打压策略,为了在6g研究的全球竞争中取得领先地位,我国政府部门、研究机构和相关企业需要提高危机意识,摒弃躺在5g商用的成功簿上陷入路径依赖的心态,尽快采取行动,从以下三个方面入手做出改变:

1.在移动通信市场和技术研发领域进一步扩大对外开放,特别是加强与欧盟企业的合作。

在全球5g产业链上,美国公司高通和苹果在芯片和终端市场形成了较强的竞争优势,但通信设备领域却主要由中国的华为、中兴和欧洲的爱立信、诺基亚所占据,没有有竞争力的美国企业参与其中。因此,美国在6g竞争上除了要维持芯片和终端领域的优势外,更大的目标是要在无线射频产品上重夺一席之地,因此其打击对象除了我国的华为和中兴之外,欧洲的爱立信和诺基亚也势必会受到影响。

为了提升和强化欧盟移动通信技术在6g上的竞争力,基于《欧洲 2020 远景规划》战略计划,诺基亚作为牵头单位开展欧盟在通信领域首个6g指引性项目hexa-x,致力于构建欧盟 6g技术发展路线图;爱立信则组织参与了欧盟 reindeer 项目,主要研究无蜂窝mimo技术,致力于将欧盟打造成为6g的开发、标准化和最终部署的中心。从某种意义上而言,这也是欧盟希望在中美高科技对抗和6g竞争中形成一种制衡力量的存在。

6g要制定统一的技术标准和打造全球市场,需要多方合作,形成大多数共识,对于我国的6g研究而言,仅靠凝聚国内力量关起门来搞研发会存在被边缘化的风险,因此要团结更多的全球力量,既可以考虑组建类似于美国next g的跨国研发联盟,也可以参考欧盟的hexa-x成立跨国研发项目,吸引包括欧盟企业在内的各国公司和研究机构参与,通过技术和市场的密切联系,既可在6g研究上打破美国的技术封锁,又可在itu和3gpp等国际组织制定6g标准的过程中联合制衡美国。

2.华为、中兴、小米等国内通信企业要勇于承担6g使命。

我国知识产权发展研究中心在2021年4月曾发布《6g通信技术专利发展状况报告》,报告显示,虽然中国从2009年之后的6g专利申请量开始迅速增加,明显超过美国、欧洲、日本和韩国等国家和地区,在全球专利申请中贡献率最大,但在全球专利申请量排名前十位的申请人中,日本、美国和韩国均有3家, 依次是日本nec公司、韩国大宇通信公司、日本三菱电子公司、韩国电信研究院、韩国三星电子、美国修斯网络系统公司、日本ntt公司、美国高通公司和美国卫讯公司,而我国则仅有中国电子科技大学位列全球专利申请第八位。仅从中国专利申请来看,占据前十位的也是国内的高校和科研机构。

这说明全球6g通信技术创新竞赛中,在5g上落后了的国外企业已经开始在6g上奋起直追并走在了前列,而我国的6g创新力量目前仍以高校和科研机构为主,在5g上取得商业成功的华为、中兴、小米、vivo、oppo等国内通信设备厂商和手机厂商却仍未发力。

受益于我国5g政策的红利,在5g建网和商用过程中获得了巨大市场机会的华为和中兴,在国内5g基站的市场份额超过了90%以上,小米、vivo、oppo等国产品牌手机也在5g手机出货量上占据了80%以上的份额。这些公司当前业务收入的绝大部分来源于5g业务,所以虽然各家都对外宣称已经启动了面向6g的技术储备性研究,但从6g专利申请情况来看,不仅落后于我国国内高校和科研机构,更落后于寄希望在6g上实现翻身的日韩企业。

因此,包括华为、中兴、小米等在内的通信企业还是要有前瞻意识和危机意识,更要勇于承担6g继续引领的使命,从当前的5g收益中拨备6g研发,与学界展开6g研究合作,尽早在高频段的技术领域形成突破,打造6g技术的竞争优势。

3.调整国家战略规划,加快推进6g研究

6g研究的全球竞争已经在国家层面展开,美国、日本、韩国和欧盟等国家和地区都已经出台了6g国家战略和路线图:美国已经批准6g太赫兹实验频段,日本计划在2025年大阪世博会上开通6g实验网络,韩国宣称要在2028年第一个商用6g;但在我国的《国民经济和社会发展第十四个五年规划(2021-2025 年)和 2035年远景目标纲要》中,针对“加快建设新型基础设施”的规划却仍停留在“加快 5g网络规模化部署……前瞻布局 6g 网络技术储备”的阶段;作为信息通信行业的主管部门,工业和信息化部所制定的《“十四五”信息通信行业发展规划》,也仅将“开展6g基础理论及关键技术研发”作为未来五年的发展目标。

相较之下,我国对于6g路线图的顶层设计明显比美日韩三国保守,按照这样的规划,我国未来推出6g实验网和商用网的时间或将大大落后于美日韩,很有可能会丧失在6g上继续引领全球的机会和地位。

因此,面对美日韩在6g上的战略竞争,我国应尽快对6g发展的国家战略规划做出相应调整,明确提出加快6g研究的要求,带动国内6g产业摆脱对5g成功的路径依赖,推动国内6g研究在太赫兹等高频技术和产品上实现突破,适时启动6g太赫兹频段实验,以确保6g继续引领全球目标的实现。

【结语】

文章写完之际,国务院印发了《“十四五”数字经济发展规划》,在“优化升级数字基础设施”一节,关于“加快建设信息网络基础设施”方面有关6g的描述,在“前瞻布局第六代移动通信(6g)网络技术储备”的基础上,新增加了“加大6g技术研发支持力度,积极参与推动6g国际标准化工作”的提法。

这是政府层面对于“6g技术研发”所提的新要求,通过“加大支持力度”来推动我国通信产业界战略布局6g研究,通过“积极参与”来推动6g国际标准化,由此才可以继续保持我国在移动通信业向下一代技术演进中的引领作用和地位。

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责任编辑:kj005

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