6G的采用将首先是一个拼凑的过程

6G预计将于2030年开始普及，但5G的进步将使蜂窝技术与6G技术更加接近，以至于最初的6G部署看起来更像是一次升级。但这仅仅是个开始。从那以后，6G技术将变得更加有趣，它将以显著更高的数据速率连接更多设备，并支持那些使用当今技术对消费者来说毫无吸引力的服务。

许多细节仍有待解决，包括各国将分配的频谱、不同应用的最佳频率，以及各国将在多大程度上继续支持旧技术。随着技术的进步，在6G正式亮相之前的五年内，升级工作将逐步展开。

其中包括 AT&T 的 5G+，预计将提升 5G 性能并增加其在单个基站内可处理的设备数量。西门子数字工业软件解决方案网络专家 Ron Squiers 表示：“3GPP Release 17 在 ProSe（近距离服务）和侧链通信的定义方面更广泛地添加了点对点通信，这对于 V2X（车对万物）等技术非常重要。我认为，随着5G的首次实例化，X 并未真正得到广泛部署。这些技术将发挥更大的作用，尤其是在与智慧城市互动时，例如 V2X、V2 行人、V2 基础设施等方面。”

还有5G Advanced或5.5G。“这是我们目前正在推进和设计的中间技术步骤，它将使我们能够获得额外的频谱和承诺——3GPP原本计划提供的功能——而由于兼容性问题，人们并没有大规模地将这些功能融入到他们的网络中，” Ansys 5G/6G项目总监Shawn Carpenter表示。“这将缓解消费者对被迫进入另一个技术节点、不得不为另一部手机付费的担忧。我们需要巧妙地思考如何保留传统设备，并继续进行兼容性设计。世界上大多数国家都已进入5G时代，随着我们向6G转型，我们将面临一系列类似的问题。在这个领域取得巨大成功的人，是那些能够将6G的突破性技术融入到一种仍然允许并能够让使用五年前手机的用户享受良好服务的形式的人。这种兼容性将对试图推出服务的组织构成持续的压力。”

从这个角度来看，6G 将在近乎实时的数据传输中提供更高的可靠性和超低延迟，为新一代垂直应用，尤其是工业 4.0 奠定基础。相比之下，5G 则能够满足不同的需求，因为它计划提升数据吞吐量并提高带宽。这包括通过“网络切片”或利用公共运营商或任何新的私有服务提供商运营的专用网络，在一个物理网络中提供车载关键交通信息和视频流。

英飞凌表示 ，最终，5G 将通过移动无线电，通过物联网和工业物联网实现万物互联，实现自动化。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 真正扎根时，它将实现 5G 尚未兑现的承诺，以及更复杂的边缘 AI。

西门子的 Squiers 表示：“机器对机器的通信模式将成为主流，而机器人、基础设施、智能城市以及旧金山周边的 Waymo 出租车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。“机器之间的边缘计算将真正普及、可扩展，并广泛应用于许多不同的垂直领域，”普渡大学校长、近期荣获 IEEE 创始人奖章的 Mung Chiang 表示。“应用方面的挑战在于，我们如何思考人机交互和使用需求之外的不同应用领域。”

图1：5G新空口（NR）及向6G扩展中的间歇性机器对机器通信。资料来源：普渡大学6G全球路线图分类报告

频谱和频率挑战
传统上，每一代新移动技术的开发和推出大约需要10年时间，但周期正在压缩。现在，从世界移动通信大会和其他移动技术大会设定的国际移动通信(IMT)目标全面实现到现在大约需要五年时间。

一个需要解决的技术问题涉及每个区域的频谱分配。“频谱是一个非常复杂的问题，我们如何在6GHz以下频段进行改革，以支持未来的5G和6G，”Squiers说道。“美国国家电信和信息管理局（NTIA）和联邦通信委员会（FCC）负责管理美国的频谱使用，但所有这些都必须通过与世界无线电大会（WRC）等国际组织签署条约进行谈判，而通过IMT 2030，这些谈判正在进行中。例如，WRC已同意在2027年为6G分配7至8.5GHz频段，但该频段一直在变化。”

亚太赫兹和太赫兹频段涵盖100 GHz至10 THz之间的频率，对于6G及更高级别的发展至关重要。Cadence公司指出：“这些频率将补充包括6 GHz以下、中频段和毫米波在内的较低频段频谱。6G太赫兹通信提供了可观的带宽，可以有效应对无线网络目前面临的频谱稀缺挑战。这为每秒太比特（Tbps）的无线连接开辟了激动人心的可能性。 ”

图 2：5G 和未来 6G 应用的频谱范围。来源：Cadence

“大概在2030年到2035年，我们才会开始看到6G设备的真正推出，”Ansys的Carpenter说道。“特别是6G带来的是更多的频谱。WRC和FCC正在探索额外的替代频段，包括中高频段。这给军方带来了一些问题，他们不得不腾出部分频谱，以便将其用于商业用途。”

目前尚不完全清楚 6G 的推出将有多复杂。“如果 6G 更节能，那么它将取代 5G，但这目前尚不明确，”弗劳恩霍夫 IIS/EAS高效电子部门负责人安迪·海尼格 (Andy Heinig) 表示。“目前，每个新标准都需要更多的能源，从这个角度来看，继续使用旧标准是有意义的。在欧洲，我们面临的问题是，由于其他标准所需的频段，非常老的标准会被关闭，所以非常老的标准会被取代。我预计，如果继续使用 5G，6G 的 IP 成本一开始可能会更高，这是最终客户或技术提供商需要支付的费用。”

需要更多毫米波
要发挥 6G 的真正潜力，需要支持毫米波技术的更高频率。“这也许是不同技术的混合搭配，”海尼格说。“如果我们要达到 28、34、38 GHz，只有采用更具体的技术才能实现，这也会使其成本更高。另一方面，你需要更多的数字处理或数据处理能力。如果你真的想使用这个新频段，你需要更多类型的芯片来满足频率要求。我不知道在不使用这个新频段的情况下发展 6G 是否合理。但你需要这种新的芯片技术，或者你需要更多的芯片技术。”

从芯片设计的角度来看，即将推出的频段有很多——28GHz、38GHz、40GHz甚至60GHz。支持所有这些频段将是一个挑战。“最终可能只会选择一两个频段，”Heinig说道。“也许全球范围内的互操作性也存在问题，你需要在这个国家使用一个频段，在另一个国家使用另一个频段。你希望一切都非常灵活。由于需要高度集成的系统，我们在这里肯定会遇到这种多物理场问题。”

人们曾一度希望毫米波频段的超宽带能够在28和39 GHz频段良好运行，但这种情况可能正在改变。“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，”卡彭特说。几年前，他们花费了数十亿美元才获得该频谱的使用权，而如今他们甚至不再保留这些频谱许可证，因为他们发现安装和开发毫米波频段设备的成本太高了。而且，覆盖距离也大大缩短了。频率提高10倍，覆盖范围就会缩小，有效覆盖半径也会随之缩小，带宽也会相应地缩短10倍。那么，该如何克服这个问题呢？必须提高密度。必须在更多基站中安装更多接入点，这成本极其高昂。此外，在毫米波频段，为了产生射频能量，会产生更多的热量。由于射频和毫米波对电子设备的要求更高，所以会浪费更多的能源和热量。由于所有这些原因以及其他更多原因，超宽带可能会被用于更集中的应用，例如体育场、火车站和地铁站——这些地方人流密集，而且天线系统在视线范围内可见，所以确保环境中不会出现大量回声，也不会出现大量多径干扰接收器和自干扰。这类技术仍然会有用武之地，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。

还必须确定最新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在接受监管审查，但已获得美国联邦通信委员会(FCC)的批准。”欧洲迈出了一大步，即使没有开放全部 6 GHz 频谱，也开放了其中的一部分用于 Wi-Fi 运营。亚洲一些国家也开放了 6 GHz 频谱，比如印度和日本。中国尚未开放。未来的 Wi-Fi 将只在两个频段运行，即 2.4 GHz 和 5 GHz，但也将在 2.45 GHz 和 6 GHz 上运行。这使得更多设备能够接入 Wi-Fi 网络，带来更密集的应用。假设你的房屋彼此相邻，比如酒店或多户住宅。你可以让多个 Wi-Fi 设备彼此靠近共存。这将从 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5 中只有几台设备的情况转变为 Wi-Fi 6 中的二三十台设备的情况。现在，你可以有几百台设备在近距离运行。这就是 6 GHz 将要扮演的角色。

技术采用
新技术的采用速度差异很大。5G 就是一个明显的例子，它在不同国家和社会不同领域呈现出巨大的差异，而 6G 的差异可能更大。

“如果你生活在中国，拥有自上而下的政府和行业合作，你几乎可以在一夜之间建成一座智慧城市，”西门子的斯奎尔斯说道。“说到全面实现5G的潜力，我认为中国正在逐步实现其正在实现的功能。在美国，我认为5G的潜力尚未完全实现。移动宽带和远程医疗等超可靠通信领域的一些功能已经实现。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）融入工厂环境中，用于自动导引车和与工厂机器人的通信方面做得很好。鉴于美国目前的形势，这只会加速推进。我们将在短期内而非长期内看到更多这样的情况发生。”

普及速度缓慢的原因有很多。首先，在一些高度工业化的国家，电信选择更多。“此外，监管环境也使得运营商难以随意架设天线，”Squiers 说道。“需要经过一系列流程，包括获取土地、安装基站，以及扩建基站以支持新天线，而这些新天线对于 5G 所需的新频谱至关重要。许多基站看起来像圣诞树，他们在现有基站上悬挂了更多天线。此外，就办公空间而言，我认为小型基站的部署速度并不像人们想象的那么快。我认为 Wi-Fi 的部署在工业企业中仍然占主导地位。5G 应该会在某些区域，尤其是在高层建筑中，开始取代 Wi-Fi，但这需要随着时间的推移才能实现。”

Ansys 的 Carpenter 同意基础设施是一个问题。 5G系统是一个完整的系统，涵盖了数据传输、天线系统和所有相关技术，还包括服务提供商的计费机制等。尤其是在北美，我们正在应对蜂窝网络革命兴起时就遇到的基础设施问题。我们当时已经部署了铜线基础设施，但全身心投入蜂窝网络并不划算，因为当时每个人家里仍然有电话。但在那些缺乏此类基础设施的新兴文化或新兴地区，情况并非如此。他们无需铺设铜线，可以直接采用无线技术。这正是我们在北美看到的问题。我们在4G通信方面投入了相当多的资金，甚至在一些早期的5G通信领域也投入了资金，但北美——或许还有欧洲——的运营商的重点是增加5G服务，但要确保不会疏远任何使用3G、4G和4G LTE服务的用户。在……其他文化中，他们还没有在 3G 和 4G 技术上投入太多，也没有被迫确保与旧设备保持兼容性。”

Carpenter 解释说，迄今为止，已经实现了 3G、4G 和 5G 的混合部署，这必须与一些运营商的 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他们投入巨额资金的传统设备，并安装完整的 5G 独立组网设备，以实现当前 3GPP 对 5G 定义中所有功能的强大功能。”

T-Mobile 是一家全力投入 5G 的公司。“T-Mobile 选择不去纠结兼容性问题，而是真正地将重心放在 5G 功能上，大力推进，”Carpenter 指出。“如今，他们的用户享受到的服务似乎获得了很高的客户满意度。他们拥有良好的带宽。他们在全国范围内实现了相当好的网络覆盖，这并非没有付出努力。他们必须下定决心，全力推进，并将这些设备安装到位，而不必过多担心向后兼容性。如今，他们正在收获成果，我们也看到其他一些运营商正在努力追赶。”

总体而言，更快的部署可以推动美国技术普及率的提升。“很多应用都是反复试验的过程，”普渡大学的蒋教授说道。“没有人能够完全准确地预测人们将如何使用它，或者机器将如何使用它。你只需要部署和调整，并从已部署的技术中学习，就像上世纪90年代初到中期一样。当时，由于路由器和DSL宽带的普及，我们能够支持各种应用程序。几年后，雅虎、亚马逊和谷歌也相继出现。然后，人们开始学习如何在应用层提供价值。这是因为物理层和Mac层都已经部署完毕。”

图3：按主要目标部署环境组织的6G技术重点领域。资料来源：普渡大学6G全球路线图分类报告

在可预见的未来，从3G到6G的普及仍将参差不齐。“有些情况下，你可以保留所有网络，而有些情况下，你不得不放弃3G，”蒋先生说。“然后你去另一个国家，说：‘好吧，你只能用4G LTE，而且你付给我的费用也更少。’”

在某些国家，延迟甚至可能是因为公众对新的射频信号、发射塔和天线感到恐惧。“公众教育对于帮助人们了解他们实际接触到的辐射以及其危害至关重要，”Ansys 的 Carpenter 说道。“关于这些辐射水平究竟有多强，目前有哪些领先的研究？我曾尝试帮助一些朋友了解，除非你离发射塔很近，否则放在头边的手机对你身体的辐射强度远高于你头顶上任何数量的蜂窝天线。蜂窝塔的总辐射功率可能高达 100 瓦。一部手机的最大辐射功率只有十分之二瓦或四分之一瓦，但手机就放在你的耳边。所以，如果你对此特别担心，那就戴上耳机，把手机远离头部。”

结论
尽管 6G 网络可能会很复杂且昂贵，但肯定会出现像今天的互联网一样不可或缺的用例。

西门子的Squiers指出，要支持VR全息图等未来范式，需要巨大的带宽。“没有6G就意味着放弃这类目标和商业机会。我不认为这种情况会发生。5G是一大步。我们确实取得了很多成就。就像任何事情一样，这些都是一个连续的过程。5G的一个版本和下一个版本6G之间不一定是阶跃函数。随着技术突破和技术进步，它会随着时间的推移而进步。”

Ansys 的 Carpenter 表示同意，一个不可思议的未来即将到来。它或许会诞生于麻省理工学院或印度理工学院的宿舍，也可能诞生于欧洲或东南亚的某所顶尖大学，但未来将会出现一些需要如此强大计算能力的应用。这是一个应用的世界。在应用开发领域，未来将会出现一些杀手级应用，它们绝对会推动虚拟现实会议的发展，从而实现3D群组会议的物理化。这对我们来说是难以理解的，因为我们已经习惯了现有事物的局限性，就像互联网时代之前的人们一样。我们需要密切关注那些初创企业和那些真正聪明的企业家——尤其是那些尚未被限制束缚的年轻工程师——的动向，因为他们还没有适应这些限制。他们正是开发那些将推动6G发展的杀手级应用的人。当这些应用出现时，你会看到应用的普及。不搭上这趟列车并推广它，我们将别无选择。我们不能……想象一下接下来会发生什么，但有些事情即将发生，打破了这种模式。有些事情即将发生，它将推动这个领域，并使其变得绝对必要。