6G不再是關(guān)于速度，而是關(guān)于控制

  ICC訊  每一代新的無線通信技術(shù)問世時，都會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)硬件離開實驗室之后。

  從紙面上看，6G的目標非常宏大。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。但對于任何從事嵌入式硬件設(shè)計的人來說，無論是無線模塊、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。難點在于控制。

  6G不會成為“更大的5G”。它將成為這樣一代網(wǎng)絡(luò)：其特點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。這是一個非常不同類型的工程問題。

  追求性能是否正在成為一種負擔(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)計人員面對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)計評審的人都知道，當(dāng)熱模型在少數(shù)邊緣情況下勉強失效時，接下來通常會發(fā)生什么：這些邊緣情況會在現(xiàn)場出現(xiàn)，而且出現(xiàn)得很快。6G不是一次重置?？梢园阉醋魇浅粋€方向前進，只是容錯空間更小。

  5G將毫米波推向了6 GHz以上，而早期的6G路線圖則進一步將其擴展到7-24 GHz范圍，并朝著亞太赫茲運行方向邁進，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，實際覆蓋范圍看起來更像短距離鏈路，而不是傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū)。在許多實際環(huán)境中，你面對的是幾十米，而不是幾公里，這對部署密度和硬件設(shè)計有直接影響。

  如果你的鏈路預(yù)算很緊張，你就不能對障礙物視而不見——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，6G將無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

  圍繞6G的許多樂觀情緒都依賴于進一步擴大MIMO的規(guī)模。5G普及了具有16、32或64個元件的大規(guī)模MIMO陣列。6G的討論更進一步，描述了具有數(shù)百或數(shù)千個天線元件的超大規(guī)模甚至千兆MIMO。

  擴大MIMO規(guī)模確實可以改善空間復(fù)用和波束控制，但也會將負擔(dān)轉(zhuǎn)移到硬件上。此時的天線元件不再是無源元件；它包括轉(zhuǎn)換器、相位控制、放大、校準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)在滿性能下運行的時間。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關(guān)鍵挑戰(zhàn)，因為天線陣列在增大，硬件被推向桅桿頂部的部署。熱問題往往是團隊在紙面上首先解決的事情，卻是在現(xiàn)場最后解決的事情。

  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，但也會帶來信號損耗和對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特性，而是一個必要條件。

  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，尤其是隨著衛(wèi)星集成變得更加突出?；旌喜ㄊ尚问且环N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，承認純數(shù)字波束成形在成本和功耗方面難以擴展。但混合方法引入了校準挑戰(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，“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)計將根據(jù)流量需求和信道條件，做出實時的運營決策，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)定義的固定標準，將難以擴展，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)跨混合頻段和異構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施運行時。

  但是，這種智能實際駐留在哪里？如果它靠近無線電，那么嵌入式平臺需要足夠的計算和內(nèi)存帶寬來跟上，同時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，則對回傳的依賴更大，并且出現(xiàn)新故障模式的風(fēng)險更高。無論哪種方式，它都會改變硬件、熱預(yù)算和成本模型。AI還會帶來安全問題，因為一個更具適應(yīng)性的網(wǎng)絡(luò)可能會成為有吸引力的目標。

  能量成為硬性限制

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

  諸如超大規(guī)模MIMO、基于AI的動態(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、太陽能或動能中收集能量的零能量設(shè)備減少了對電池的依賴。從嵌入式角度來看，這正是有趣的地方。

  零能量設(shè)備聽起來很未來，但它們實際上只是超低功耗設(shè)計理念的延伸。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，網(wǎng)絡(luò)可能是6G，但終端設(shè)計開始類似于嵌入式工程師多年來一直在構(gòu)建的能量采集傳感器節(jié)點。區(qū)別在于規(guī)模。6G假設(shè)有數(shù)百萬甚至數(shù)十億個這樣的設(shè)備。

  部署成本問題不會消失

  這部分很少出現(xiàn)在炒作周期中：經(jīng)濟性。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。這個數(shù)學(xué)不會因為技術(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，運營商也知道。問題是誰來買單，以及商業(yè)模式是什么樣的。如果說5G教會了我們什么，那就是“建好了自然會有人來”不是一種部署策略。

  6G成功的可能面貌

  如果6G成功了，很可能不是因為消費者突然開始吹噓每秒太比特的速度。大多數(shù)人在手機上遇到帶寬限制的頻率并不高，不足以讓他們在意，而當(dāng)他們遇到時，瓶頸通常是回傳或應(yīng)用程序。

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

  從嵌入式工程的角度來看，主要結(jié)論很簡單。6G將作為速度升級來銷售，但更大的變化在于網(wǎng)絡(luò)預(yù)期運行的方式。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、動態(tài)成形波束、管理能耗以及實時適應(yīng)需求。

  因此，“6G挑戰(zhàn)”不是一個可以在軟件中解決的單一問題。它是一個系統(tǒng)級問題，將射頻、計算、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一直面對這些權(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、社會進步和更互聯(lián)的數(shù)字未來的催化劑。

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

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