6G不再是關(guān)于速度，而是關(guān)于控制

  ICC訊  每一代新的無(wú)線通信技術(shù)問世時(shí)，都會(huì)伴隨著同樣的頭條宣傳：更快的速度、更低的延遲、更多的連接設(shè)備。從3G到4G，再到5G，我們一直在聽到這些說(shuō)法。每一代新技術(shù)中，功耗、發(fā)熱和可靠性仍然是硬性約束，尤其是當(dāng)硬件離開實(shí)驗(yàn)室之后。

  從紙面上看，6G的目標(biāo)非常宏大。每秒太比特的峰值數(shù)據(jù)速率和極低的延遲現(xiàn)在是常見的討論話題。但對(duì)于任何從事嵌入式硬件設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō)，無(wú)論是無(wú)線模塊、基站、邊緣設(shè)備還是工業(yè)網(wǎng)關(guān)，速度已經(jīng)不再是難點(diǎn)。難點(diǎn)在于控制。

  6G不會(huì)成為“更大的5G”。它將成為這樣一代網(wǎng)絡(luò)：其特點(diǎn)在于我們能夠在大規(guī)模部署中精確管理能耗、熱極限和系統(tǒng)復(fù)雜度。這是一個(gè)非常不同類型的工程問題。

  追求性能是否正在成為一種負(fù)擔(dān)？

  大規(guī)模MIMO和毫米波頻譜提供了所需的帶寬，但迫使設(shè)計(jì)人員面對(duì)過去常常被忽視的物理約束——天線陣列變大，射頻前端變得更密集，功率預(yù)算增加，而熱余量卻在收緊。

  任何經(jīng)歷過設(shè)計(jì)評(píng)審的人都知道，當(dāng)熱模型在少數(shù)邊緣情況下勉強(qiáng)失效時(shí)，接下來(lái)通常會(huì)發(fā)生什么：這些邊緣情況會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)，而且出現(xiàn)得很快。6G不是一次重置?？梢园阉醋魇浅粋€(gè)方向前進(jìn)，只是容錯(cuò)空間更小。

  5G將毫米波推向了6 GHz以上，而早期的6G路線圖則進(jìn)一步將其擴(kuò)展到7-24 GHz范圍，并朝著亞太赫茲運(yùn)行方向邁進(jìn)，大約從100 GHz到1 THz。

  在這些頻率下，傳播不再是寬容的。傳輸距離急劇下降，通過常見材料的穿透變得不可靠，實(shí)際覆蓋范圍看起來(lái)更像短距離鏈路，而不是傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū)。在許多實(shí)際環(huán)境中，你面對(duì)的是幾十米，而不是幾公里，這對(duì)部署密度和硬件設(shè)計(jì)有直接影響。

  如果你的鏈路預(yù)算很緊張，你就不能對(duì)障礙物視而不見——墻壁很重要，天氣也很重要。甚至設(shè)備的握持或安裝方式也可能很重要。換句話說(shuō)，6G將無(wú)線通信推向更接近光鏈路的領(lǐng)域，只不過我們?nèi)匀患傺b它是蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

  超大規(guī)模MIMO與嵌入式現(xiàn)實(shí)

  圍繞6G的許多樂觀情緒都依賴于進(jìn)一步擴(kuò)大MIMO的規(guī)模。5G普及了具有16、32或64個(gè)元件的大規(guī)模MIMO陣列。6G的討論更進(jìn)一步，描述了具有數(shù)百或數(shù)千個(gè)天線元件的超大規(guī)模甚至千兆MIMO。

  擴(kuò)大MIMO規(guī)模確實(shí)可以改善空間復(fù)用和波束控制，但也會(huì)將負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到硬件上。此時(shí)的天線元件不再是無(wú)源元件；它包括轉(zhuǎn)換器、相位控制、放大、校準(zhǔn)電路以及保持陣列相干所需的互連。

  隨著陣列增大，配套的電子器件很快成為設(shè)計(jì)的主導(dǎo)。功耗上升，熱密度增加，熱行為開始限制系統(tǒng)在滿性能下運(yùn)行的時(shí)間。在已部署的基礎(chǔ)設(shè)施中，這些限制表現(xiàn)為可靠性和可用性問題，而不是抽象的性能權(quán)衡。

  有效的熱管理是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，因?yàn)樘炀€陣列在增大，硬件被推向桅桿頂部的部署。熱問題往往是團(tuán)隊(duì)在紙面上首先解決的事情，卻是在現(xiàn)場(chǎng)最后解決的事情。

  波束成形：必要而非可選

  更高的頻率可以提供令人印象深刻的帶寬，但也會(huì)帶來(lái)信號(hào)損耗和對(duì)障礙物穿透能力有限的問題。這就是為什么波束成形不再是一個(gè)特性，而是一個(gè)必要條件。

  波束成形已經(jīng)是使毫米波在5G中可行的主要因素，而6G將把它推得更遠(yuǎn)，尤其是隨著衛(wèi)星集成變得更加突出。混合波束成形是一種可能的方法，它在模擬效率和數(shù)字靈活性之間取得平衡。

  混合波束成形是一種工程上的折衷，承認(rèn)純數(shù)字波束成形在成本和功耗方面難以擴(kuò)展。但混合方法引入了校準(zhǔn)挑戰(zhàn)、漂移問題以及更難診斷的故障模式。而且，當(dāng)系統(tǒng)部署在鐵塔或衛(wèi)星鏈路上時(shí)，“更難診斷”就變成了“更難修復(fù)”。

  AI不是魔法——它是編排

  6G網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)將根據(jù)流量需求和信道條件，做出實(shí)時(shí)的運(yùn)營(yíng)決策，例如波束選擇、天線激活、帶寬調(diào)度和電源管理。這種控制回路如果使用預(yù)定義的固定標(biāo)準(zhǔn)，將難以擴(kuò)展，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)跨混合頻段和異構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行時(shí)。

  但是，這種智能實(shí)際駐留在哪里？如果它靠近無(wú)線電，那么嵌入式平臺(tái)需要足夠的計(jì)算和內(nèi)存帶寬來(lái)跟上，同時(shí)還需要與射頻鏈之間具有確定性的低延遲接口。如果智能位于更上游，則對(duì)回傳的依賴更大，并且出現(xiàn)新故障模式的風(fēng)險(xiǎn)更高。無(wú)論哪種方式，它都會(huì)改變硬件、熱預(yù)算和成本模型。AI還會(huì)帶來(lái)安全問題，因?yàn)橐粋€(gè)更具適應(yīng)性的網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)成為有吸引力的目標(biāo)。

  能量成為硬性限制

  早期6G工作中一個(gè)微妙但重要的主題是從性能優(yōu)先轉(zhuǎn)向效率優(yōu)先。能效不再是一個(gè)次要的好處，而是一個(gè)必要條件。

  諸如超大規(guī)模MIMO、基于AI的動(dòng)態(tài)功率調(diào)整以及可再生能源供電的基礎(chǔ)設(shè)施等策略，滿足了可持續(xù)性和減少能耗的要求。而從射頻、太陽(yáng)能或動(dòng)能中收集能量的零能量設(shè)備減少了對(duì)電池的依賴。從嵌入式角度來(lái)看，這正是有趣的地方。

  零能量設(shè)備聽起來(lái)很未來(lái)，但它們實(shí)際上只是超低功耗設(shè)計(jì)理念的延伸。權(quán)衡是直接的：更短的工作周期、基于突發(fā)的通信、積極的睡眠狀態(tài)，以及通常需要完全重新思考“始終連接”的含義。換句話說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)可能是6G，但終端設(shè)計(jì)開始類似于嵌入式工程師多年來(lái)一直在構(gòu)建的能量采集傳感器節(jié)點(diǎn)。區(qū)別在于規(guī)模。6G假設(shè)有數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億個(gè)這樣的設(shè)備。

  部署成本問題不會(huì)消失

  這部分很少出現(xiàn)在炒作周期中：經(jīng)濟(jì)性。更高的頻率意味著更短的覆蓋距離。更短的覆蓋距離意味著更多的基礎(chǔ)設(shè)施。更多的基礎(chǔ)設(shè)施意味著更高的成本。這個(gè)數(shù)學(xué)不會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)更新而改變。

  5G部署成本巨大，而6G的推出將再次需要新的基礎(chǔ)設(shè)施，包括光纖、天線、鐵塔和支持設(shè)備。為了支持偏遠(yuǎn)地區(qū)的寬帶接入，衛(wèi)星集成可能包括高度約350公里的極低地球軌道（VLEO）衛(wèi)星。

  衛(wèi)星集成前景廣闊，尤其是在農(nóng)村覆蓋和彈性方面。但它并不能解決人口密集城市地區(qū)的挑戰(zhàn)。城市部署仍然需要密集的地面基礎(chǔ)設(shè)施。工程師知道這一點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)商也知道。問題是誰(shuí)來(lái)買單，以及商業(yè)模式是什么樣的。如果說(shuō)5G教會(huì)了我們什么，那就是“建好了自然會(huì)有人來(lái)”不是一種部署策略。

  6G成功的可能面貌

  如果6G成功了，很可能不是因?yàn)橄M(fèi)者突然開始吹噓每秒太比特的速度。大多數(shù)人在手機(jī)上遇到帶寬限制的頻率并不高，不足以讓他們?cè)谝?，而?dāng)他們遇到時(shí)，瓶頸通常是回傳或應(yīng)用程序。

  近實(shí)時(shí)更新的數(shù)字孿生、城市規(guī)模的感知、持續(xù)監(jiān)測(cè)的醫(yī)療可穿戴設(shè)備、沉浸式XR，以及最終更具雄心的遠(yuǎn)程應(yīng)用，都是可能的。但除非底層的射頻和邊緣計(jì)算堆棧能夠持續(xù)提供低延遲和高正常運(yùn)行時(shí)間，否則這些都不會(huì)實(shí)現(xiàn)。

  從嵌入式工程的角度來(lái)看，主要結(jié)論很簡(jiǎn)單。6G將作為速度升級(jí)來(lái)銷售，但更大的變化在于網(wǎng)絡(luò)預(yù)期運(yùn)行的方式。網(wǎng)絡(luò)不再是盡力而為的數(shù)據(jù)管道，而是被推向持續(xù)優(yōu)化、開關(guān)資源、動(dòng)態(tài)成形波束、管理能耗以及實(shí)時(shí)適應(yīng)需求。

  因此，“6G挑戰(zhàn)”不是一個(gè)可以在軟件中解決的單一問題。它是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)問題，將射頻、計(jì)算、供電、封裝、熱管理、安全性、可制造性結(jié)合在一起。嵌入式工程師幾十年來(lái)一直面對(duì)這些權(quán)衡。6G只是把它們拖到了網(wǎng)絡(luò)的核心位置。

  Murata正在為智能、彈性且節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，使6G超越連接，成為創(chuàng)新、社會(huì)進(jìn)步和更互聯(lián)的數(shù)字未來(lái)的催化劑。

  原文：https://www.fierce-network.com/sponsored/6g-it-isnt-about-speed-anymore-its-about-control

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