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6G競爭風起云涌,中國能否繼續引領全球?

2022-01-20 來源:通信世界網
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全球范圍內,5G網絡建設正酣,雖然其商業價值仍處在探索和拓展階段,但業界已迫不及待地啟動了下一代6G技術的研究。特別是隨著多家行業組織、研究機構和通信廠商、運營商面向社會發布關于6G的白皮書,6G也逐漸破圈成為備受公眾關注的熱門話題之一。

為什么需要6G?

6G是下一代移動通信技術,將在承接5G的基礎上繼續破除通信技術的局限,推動人類社會的不斷進步。

數字化技術的發展將使得創建虛擬的數字世界成為可能,人類的未來將是真實的物理世界與虛擬的數字世界實現深度融合、萬物智聯的全新世界。比如,未來的終端設備,觸摸屏輸入將會成為過去,通過新型的人機接口,人們甚至會依賴腦傳感器來操縱機器設備;再比如全息通信和感官互聯在未來工作和社交活動中將會普及,人們將可以不受時間、空間的限制,實現多維感官的交融響應。還比如未來的城市里,無數的智能傳感器、智能機器人、無人駕駛車輛將通過相互間的協作與學習,提升工作效率和準確性,從容應對各種實時的變化。

而要滿足這些未來場景的需求,就需要移動通信網絡提供比5G更快的速率、更大的吞吐量、更低的時延、更可靠的穩定性、更智能的調度、更低的能耗等等,才能實現物理世界與數字世界的連接和融合,這就是6G要解決的問題。

6G要在速率和帶寬上超越5G,首先要解決頻譜問題。無線頻譜是移動通信發展的基礎,同時也是稀缺資源,從1G到5G移動通信集中使用的無線頻譜都在6GHz以下,主要是基于低頻段頻譜可以實現廣覆蓋的經濟特性,但同時也受限于帶寬的不足并犧牲了對于速率的更高追求;因此為了在速率和帶寬上實現突破,5G首次將移動通信技術拓展到了24GHz 至 50GHz的毫米波頻段,開始了移動通信技術在高頻段的拓荒之旅;未來6G要實現比5G更高的速率和更大的帶寬,就只能挺進比毫米波更高的頻段進行開墾。

因此,業界普遍將100GHz至10000GHz(或0.1-10THz)的太赫茲頻段視為6G最可能使用的工作頻段。相比于毫米波,太赫茲頻段頻率更高、通信容量更大,具有傳輸速率高、抗干擾能力強和易于實現通信探測一體化等特點,并且是電磁波譜中唯一尚待開發的新頻段,頻譜資源極為豐富。借助太赫茲頻段大帶寬特性,足以支持6G所需超高傳輸速率和超大傳輸容量的能力,因此美國聯邦通訊委員會(FCC)在2020年就開放了95GHz-3000GHz頻段作為實驗頻譜用于6G技術研發。

當然,對于太赫茲頻段的利用仍亟待全面探索,基于當前的技術能力,高頻段太赫茲基站組網的有效覆蓋半徑僅為10米-50米左右,要滿足公眾網的全覆蓋需求所需基站數量難以數計,因此6G研究需要在新的無線空口技術等層面取得突破才能解決太赫茲基站覆蓋的經濟成本和物理組網問題。

6G研究全球競賽大幕開啟

6G作為前沿技術,最早由學術界牽頭開始研究。位于通信強國芬蘭的奧盧大學,在芬蘭政府的資助下于2018年率先啟動“6Genesis——支持 6G 的無線智能社會與生態系統”的6G旗艦項目,并于2019年3月組織邀請 70 位來自各國的通信專家,召開了全球首屆 6G 峰會,發布了全球首份 6G白皮書,對于6G研究的起步起到了推動作用。

其后,隨著6G愿景的逐漸清晰,為了在6G研究上占據制高點,世界各國政府開始針對6G研發開展戰略性布局,而美國成為率先搶跑的國家之一。

由于美國的5G部署受到頻率分配的限制,在國際通用的6GHz以下低頻段上干擾較多,而不得已先發毫米波商用,由此也導致了其5G發展的緩慢。所以有部分美國官員和專家主張美國可以考慮跳過5G直接發展6G,早在2018年9月,就有美國聯邦通信委員會(FCC)官員首次在公開場合展望6G技術,提出6G將使用太赫茲頻段,6G基站容量將可達到5G基站的1000倍等觀點。2020年5月,美國電信行業解決方案聯盟(ATIS)發布了6G行動倡議書,建議政府在6G核心技術突破上投入額外研發資金,鼓勵政府與企業積極參與制定國家頻譜政策。2020年8月,特朗普政府正式批準了美國6G的實驗,隨后美國聯邦通訊委員會(FCC)開放95GHz-300GHz太赫茲頻段作為實驗頻譜,正式啟動了6G技術研發。

作為全球第一個實現5G商用的國家,韓國同樣是最早開展6G研發的國家之一。韓國通信與信息科學研究院于2019年4月召開了6G論壇,正式宣布開始開展6G研究;韓國科學與信息通信技術部(MSIT)在2020年8月發布《引領6G時代的未來移動通信研發戰略》,計劃5年投資2000億韓元(約合1.68億美元)用于6G技術研發,以確保韓國在2028年成為全球首個6G商用的國家。

為和韓國展開競爭,日本在2020年4月和6月搶先發布全球首個以6G作為國家發展目標和倡議的《6G技術綜合戰略計劃綱要和路線圖》,提出要在 ;2025 年實現 6G 關鍵技術突破、2030 年正式啟用 6G 網絡、日本掌握的 6G 技術專利份額要超過 10%等目標。由此,日本也成為全球率先出臺 6G 國家戰略的國家。

歐盟則采取多國整體戰略合作模式推進6G 研發,自2020年初開始先后出臺了包括《塑造歐洲的數字化未來》、《歐洲新工業戰略》、《2030數字化指南》等多項相關戰略推動6G技術發展。2021年1月歐盟啟動了6G旗艦項目Hexa-X,匯集了包括通信設備商諾基亞、愛立信,通信運營商Orange、Telefonica和芬蘭奧盧大學等25家企業和科研機構,計劃總體投入800 億歐元以構建歐盟 6G 技術發展路線圖,全面助力歐盟在全球 6G 研發競爭力的提升。這是歐盟將關鍵的行業利益相關者聚集到一起、共同推進 6G 的重要一步。

我國的6G研究啟動也比較早,2019年6月,由工信部牽頭,成立了中國 IMT-2030(6G)推進組,標志著我國6G研發正式啟動。推進組的成員主要包括三大運營商、通信設備制造商、高校和研究機構等,成為聚合中國產學研用力量、推動中國6G技術研究和開展國際交流與合作的主要平臺。2019年11月,由科技部牽頭,成立了國家6G技術研發推進工作組和總體專家組,其中,推進工作組由相關政府部門組成,職責是推動6G技術研發工作實施;總體專家組由來自高校、科研院所和企業共37位專家組成,主要負責提出6G技術研究布局建議與技術論證,為重大決策提供咨詢與建議。

我國6G研究面臨外部挑戰

6G研究的全球競爭已經在國家層面轟轟烈烈地展開,對于已在5G商用上取得全球矚目成績的中國而言,要想在未來的6G競爭中繼續保持領先地位,需要應對的挑戰很多,但當前最主要還是美國的圍追堵截。

5G發展的不利成為推動美國加快6G研究的最大動力。在2020年8月特朗普政府正式批準了美國6G的實驗之后,為了加快6G研究進展,美國電信行業解決方案聯盟(ATIS)在當年10月份發起成立了一個專門管理北美6G發展的貿易組織 —— Next G 聯盟。聯盟確定的戰略任務主要包括建立6G戰略路線圖、推動6G相關政策及預算、6G 技術和服務的全球推廣等,其最終目標是在6G時代確立美國的領導地位。

為了擴大Next G聯盟的影響力,其組織成員除了美國的信息產業巨頭,如高通、蘋果、思科、微軟、谷歌和通信運營商AT&T、Verizon等之外,還吸納了歐洲的通信廠商愛立信和諾基亞,以及韓國的三星和LG,日本的夏普、NEC、Docomo等,臺灣地區的芯片巨頭臺積電也忝列其中。

但Next G聯盟明確要求在美國商務部實體名單中受出口、再出口和/或轉讓許可要求約束的組織沒有資格參加該聯盟,由此一舉將華為、中興等中國企業排除在外,形成了其與盟友之間進行6G合作的小圈子。這也是繼美國通信市場將中國企業排除在5G商用機會之外,在6G研究上繼續打壓中國企業的延續。

2021年底,Next G聯盟高調宣布與韓國5G論壇簽署諒解備忘錄,宣布兩個組織將在討論制定6G路線圖、全球標準化和頻譜方面進行深入合作,其目的就在于為其牽頭制定的6G路線圖尋求更多的國際支持。在2021年10月,Next G聯盟向國際電信聯盟下屬的無線電通信部門ITU-R提交了關于IMT-2030愿景的6G路線圖建議,希望由此來影響未來6G全球標準的制定。

當前,太赫茲已成為6G早期研發的重要實驗頻段。美國國家基金會、國家航空航天局等機構從20世紀90年代就開始對太赫茲技術研究進行大規模的投入;由30多所美國大學合作組建的“太赫茲與感知融合技術研究中心”也于2020年9月啟動了針對無線技術和太赫茲芯片的研究;因此美國在高頻無線領域從技術基礎、射頻硬件和芯片等領域均形成了一定的領先優勢。美國聯邦通信委員會(FCC)于 2019 年 3 月全球首先宣布開放 95GHz-3000GHz 太赫茲用于6G實驗、Next G聯盟向ITU-R提交6G路線圖建議,其目的就在于將美國在太赫茲技術上的優勢轉化為其對6G技術全球標準的影響力和主導權。

但是,由于受到美國商務部的實體清單制裁影響,包括華為、中興在內的我國高科技企業不僅被Next G聯盟排除在外,得不到技術交流的機會,而且在相關技術、芯片等進口方面也受到美國政府的嚴格限制,嚴重影響了我國在高頻無線技術領域的研發進展,一旦美國借助技術領先優勢和盟友效應在6G全球標準制定上占據主導地位,則我國在4/5G時代搶回的通信技術標準話語權就有可能再度失去,轉而落入被動挨打的局面。

我國6G研究需克服內部阻礙

當前,我國已建成5G基站140萬個,5G手機終端連接數超過5億戶,在全球市場居于遙遙領先的位置,取得了驕人的成就,但由此也造成了國內在6G研究上對于5G經驗的路徑依賴,阻礙了6G技術的創新與突破。

我國IMT-2030(6G)推進組在2021年6月最新發布了《6G總體愿景與潛在關鍵技術白皮書》,然而,這份由權威機構發布的對我國6G研究具有指導意義的戰略性文件,卻仍然將6GHz及其以下頻段的新頻譜視為6G發展的戰略性資源,認為“通過重耕、聚合、共享等手段,進一步提升頻譜使用效率,將為6G提供最基本的地面連續覆蓋,支持6G實現快速、低成本網絡部署”;對于已成為業界對6G的共識并且美國已投入試驗的太赫茲、可見光等更高頻段,卻更強調其“受傳播特性限制,將重點滿足特定場景的短距離大容量需求”的局限性,輕描淡寫地認為“這些高頻段也將在感知通信一體化、人體域連接等場景發揮重要作用”。

從考慮未來建網的角度出發,IMT-2030(6G)推進組重視中低頻段的觀點固然有其合理性,但從引領6G技術研發的角度看卻難免有避美國鋒芒之嫌。要滿足6G對超高速率、超大容量的頻譜需求,高頻段技術已是必然,當前業界對于6G技術研究的重點課題也是如何突破高頻段設備的覆蓋經濟性問題;而IMT-2030(6G)推進組的白皮書把以最快的速度建成一張大規模覆蓋的6G網絡作為目標,寄望于在未來的6G競爭中繼續靠網絡規模爭勝,這明顯是對我國5G成功經驗的路徑依賴。

我國的5G建設,首先規劃在3.5GHz和2.6GHz的中頻段建網以滿足高速率和大帶寬的場景需求,但在5G應用匱乏,5G設備運行成本高企的情況下,又轉而規劃2.1GHz和700Mhz的低頻段建網以實現低成本5G的更大范圍覆蓋,因此才得以在短短三年時間里完成了140萬5G基站的建設,實現了5G建網規模的全球領先和對全球5G產業的市場引領。

但隨著5G標準向R16,R17,以及R18發展,5G對于高速率和大帶寬的需求最終還是要由中、高頻段來支撐和實現,并且其技術價值將在垂直行業應用中得到最大化的體現,所以隨著5G向前演進到6G,競爭將越來越多地集中在技術優勢和產業價值上,而不是網絡規模的大小。

因此,如果是因為美國已經在太赫茲技術上形成了競爭優勢,我們就要繞開高頻段而強調6G在中低頻段上的快速建網,無疑是以5G的初級思維看6G,把6G當作普通的連接技術迭代,卻忽視了6G技術將承擔連接物理世界和數字世界的戰略意義,這樣的技術觀點無法在全球6G研究中起到引領作用,也很難在6G全球標準的競爭中贏得廣泛支持。

除了IMT-2030(6G)推進組的技術觀點之外,我國領先的通信企業對于推進6G研究也存在瞻前顧后的消極心態。由于我國在5G標準上實現了引領,國內企業在5G專利和5G市場上積累了大量的利益,過早和過快地推動技術標準向6G演進無疑將對5G的既有利益造成一定程度的損傷,因此普遍對于新一代技術的投入較為消極,而陷入“進化短視”的路徑依賴。

因此,在競爭已日趨激烈的6G研究賽道上,面對美日韓及歐盟咄咄逼人的進取心態和美國圍追堵截的嚴峻挑戰,如果我國的產業界仍然停留在對5G經驗的路徑依賴上,無疑錯失6G機會被人反超的風險將越來越大。

我國6G競爭策略建議

面對美國在太赫茲等高頻技術上的優勢挑戰,以及其對我國企業進行技術封鎖的打壓策略,為了在6G研究的全球競爭中取得領先地位,我國政府部門、研究機構和相關企業需要提高危機意識,摒棄躺在5G商用的成功簿上陷入路徑依賴的心態,盡快采取行動,從以下三個方面入手做出改變:

在移動通信市場和技術研發領域進一步擴大對外開放,特別是加強與歐盟企業的合作。

在全球5G產業鏈上,美國公司高通和蘋果在芯片和終端市場形成了較強的競爭優勢,但通信設備領域卻主要由中國的華為、中興和歐洲的愛立信、諾基亞所占據,沒有有競爭力的美國企業參與其中。因此,美國在6G競爭上除了要維持芯片和終端領域的優勢外,更大的目標是要在無線射頻產品上重奪一席之地,因此其打擊對象除了我國的華為和中興之外,歐洲的愛立信和諾基亞也勢必會受到影響。

為了提升和強化歐盟移動通信技術在6G上的競爭力,基于《歐洲 2020 遠景規劃》戰略計劃,諾基亞作為牽頭單位開展歐盟在通信領域首個6G指引性項目Hexa-X,致力于構建歐盟 6G技術發展路線圖;愛立信則組織參與了歐盟 REINDEER 項目,主要研究無蜂窩 MIMO 技術,致力于將歐盟打造成為6G的開發、標準化和最終部署的中心。從某種意義上而言,這也是歐盟希望在中美高科技對抗和6G競爭中形成一種制衡力量的存在。

6G要制定統一的技術標準和打造全球市場,需要多方合作,形成大多數共識,對于我國的6G研究而言,僅靠凝聚國內力量關起門來搞研發會存在被邊緣化的風險,因此要團結更多的全球力量,既可以考慮組建類似于美國Next G的跨國研發聯盟,也可以參考歐盟的Hexa-X成立跨國研發項目,吸引包括歐盟企業在內的各國公司和研究機構參與,通過技術和市場的密切聯系,既可在6G研究上打破美國的技術封鎖,又可在ITU和3GPP等國際組織制定6G標準的過程中聯合制衡美國。

華為、中興、小米等國內通信企業要勇于承擔6G使命。

我國知識產權發展研究中心在2021年4月曾發布《6G通信技術專利發展狀況報告》,報告顯示,雖然中國從2009年之后的6G專利申請量開始迅速增加,明顯超過美國、歐洲、日本和韓國等國家和地區,在全球專利申請中貢獻率最大,但在全球專利申請量排名前十位的申請人中,日本、美國和韓國均有3家, 依次是日本NEC公司、韓國大宇通信公司、日本三菱電子公司、韓國電信研究院、韓國三星電子、美國修斯網絡系統公司、日本NTT公司、美國高通公司和美國衛訊公司,而我國則僅有中國電子科技大學位列全球專利申請第八位。僅從中國專利申請來看,占據前十位的也是國內的高校和科研機構。

這說明全球6G通信技術創新競賽中,在5G上落后了的國外企業已經開始在6G上奮起直追并走在了前列,而我國的6G創新力量目前仍以高校和科研機構為主,在5G上取得商業成功的華為、中興、小米、Vivo、Oppo等國內通信設備廠商和手機廠商卻仍未發力。

受益于我國5G政策的紅利,在5G建網和商用過程中獲得了巨大市場機會的華為和中興,在國內5G基站的市場份額超過了90%以上,小米、Vivo、Oppo等國產品牌手機也在5G手機出貨量上占據了80%以上的份額。這些公司當前業務收入的絕大部分來源于5G業務,所以雖然各家都對外宣稱已經啟動了面向6G的技術儲備性研究,但從6G專利申請情況來看,不僅落后于我國國內高校和科研機構,更落后于寄希望在6G上實現翻身的日韓企業。

因此,包括華為、中興、小米等在內的通信企業還是要有前瞻意識和危機意識,更要勇于承擔6G繼續引領的使命,從當前的5G收益中撥備6G研發,與學界展開6G研究合作,盡早在高頻段的技術領域形成突破,打造6G技術的競爭優勢。

調整國家戰略規劃,加快推進6G研究

6G研究的全球競爭已經在國家層面展開,美國、日本、韓國和歐盟等國家和地區都已經出臺了6G國家戰略和路線圖:美國已經批準6G太赫茲實驗頻段,日本計劃在2025年大阪世博會上開通6G實驗網絡,韓國宣稱要在2028年第一個商用6G;但在我國的《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃(2021-2025 年)和 2035年遠景目標綱要》中,針對“加快建設新型基礎設施”的規劃卻仍停留在“加快 5G網絡規模化部署……前瞻布局 6G 網絡技術儲備”的階段;作為信息通信行業的主管部門,工業和信息化部所制定的《“十四五”信息通信行業發展規劃》,也僅將“開展6G基礎理論及關鍵技術研發”作為未來五年的發展目標。

相較之下,我國對于6G路線圖的頂層設計明顯比美日韓三國保守,按照這樣的規劃,我國未來推出6G實驗網和商用網的時間或將大大落后于美日韓,很有可能會喪失在6G上繼續引領全球的機會和地位。

因此,面對美日韓在6G上的戰略競爭,我國應盡快對6G發展的國家戰略規劃做出相應調整,明確提出加快6G研究的要求,帶動國內6G產業擺脫對5G成功的路徑依賴,推動國內6G研究在太赫茲等高頻技術和產品上實現突破,適時啟動6G太赫茲頻段實驗,以確保6G繼續引領全球目標的實現。

【結語】

文章寫完之際,國務院印發了《“十四五”數字經濟發展規劃》,在“優化升級數字基礎設施”一節,關于“加快建設信息網絡基礎設施”方面有關6G的描述,在“前瞻布局第六代移動通信(6G)網絡技術儲備”的基礎上,新增加了“加大6G技術研發支持力度,積極參與推動6G國際標準化工作”的提法。

這是政府層面對于“6G技術研發”所提的新要求,通過“加大支持力度”來推動我國通信產業界戰略布局6G研究,通過“積極參與”來推動6G國際標準化,由此才可以繼續保持我國在移動通信業向下一代技術演進中的引領作用和地位。

參考資料:

《6G總體愿景與潛在關鍵技術白皮書》,IMT2030(6G)推進組

《6G通信白皮書》,諾基亞貝爾實驗室

《6G全球進展與發展展望白皮書》,賽迪智庫