6G关乎影响力，而非数据速率

编译 许林玉

当大多数人还在适应我们周围的5G网络时，测试和测量设备制造商是德科技公司（Keysight）6G项目经理罗杰·尼科尔斯（Roger Nichols）已经在思考关于6G的问题。是德科技公司位于美国加利福尼亚州，为无线行业企业提供所需的工具，以确保这些公司的尖端技术发挥出预期效果。

美国电气电子工程师协会《科技纵览》（IEEE Spectrum）杂志采访了尼科尔斯，让其介绍测试和测量设备公司如何跟上6G技术的发展步伐，需要比其他行业早多久布局新的无线技术，以及对6G可以有哪些期望。

如果爱立信和诺基亚等电信公司需要使用这些设备研究无线技术，他们为什么不自己制造所需的测试和测量设备？

在一定程度上，电信公司的确可以“自己动手”。但事实证明，这是一项相当专业的工作，所以我们的大多数客户宁愿让我们的专家来处理这个问题。测量工作是将某些产品的性能与公认的标准进行对比，而这套技能和专业知识正是我们的专长。

例如，如果您想盖房子，可以自己制作钳子和锤子，但最好还是从知道如何制作这些工具的人那里去购买。这种类比可能不是特别恰当，但由此可以对我们的工作有所了解：我们就是工具制造商。

设计通信系统，并进行规模化部署是一项十分困难的工作。即便是对于刚才提到的公司，这也是艰巨的挑战。他们要做的工作很多，在让这些复杂的系统顺畅运行的同时，还要保持竞争力。他们必须设计众多通信系统，并将其部署到世界各地，而且这些系统必须能够适应冷热、雨雪等各种天气状况。我想对他们说：“贵公司必须使网络顺畅运行，我们的工作就是帮助您做到这一点。”

5G仍处于早期部署阶段，但你们以及行业的其他公司已经开始考虑6G了。你们是什么时候开始考虑这些问题的？

我第一次就6G接受公开采访，是在2019年夏末。所以说，我们已经考虑了一段时间了。这看起来可能有点疯狂，因为首批5G网络也是在2019年推出的——3月在韩国率先推出，接着是12月在美国推出。所以对我们来说，已经考虑两年多了。

我们及早涉足这一领域是有理由的，因为在早期便与行业领导者保持接触是取得长期成功的关键。如果您只考虑6G的销售，那么这一机会在几年前就已经出现。尽管当时的业务量相对较小，但这的确是事实。不过，随着业务量不断增长，如果我们不及早持续地参与其中，要想达到像我们公司这样的业务规模，就会变得极其困难。

尽早参与其中也意味着与行业领先企业建立信誉，因为这意味着您在早期就了解他们的需求。考虑到开发这些系统需要很长时间——由于其复杂程度以及必须使用一些成熟的新技术——那么成为那些企业长期轨道的一部分对成功至关重要。

是德科技公司6G项目经理罗杰·尼科尔斯

您是否认为测试和测量设备公司需要比行业其他公司更早考虑6G，以便你们能够为他们提供所需的设备，使6G的开发工作顺利进行？

您可以想一想这些系统什么时候部署，之后什么时候生产，而设计、测量和验证等流程都必须比部署和生产早很长时间开始。因此，我们必须在网络部署和运行之前就考虑需要做什么。所以说，就我们所做的工作而言，我们必须比行业其他公司更早行动。

这并不是说我们必须比其他公司更早考虑6G的事情。研究6G需要很长时间，才能将新兴技术发展成为可以进行概念验证的技术，并最终进行试验和部署。因此，我们都是在同一步调上开始考虑这个问题。我们并不是遥遥领先，但我们必须走在行业的前面，以确保他们在开发系统时能够获得所需的工具。

由此可见，这些工作既是超前的，也是实时的。这不仅仅是针对商业客户，还包括研究机构。我们必须对政策层面上发生的事情予以持续关注，包括政府、政府研究实验室等。

6G离我们还有很多年，许多业内人士认为，到2030年才会进行首次部署。如果特别乐观的话，可能可以再提前一些。您对下一代无线技术会有什么期望？

最初的6G部署仍要等到2030年才行。显然，在那之后，还需要几年的时间，6G才会成为主流。我在这里描述的情况与您在2030年看到的情形不尽相同，而更像是您会在2036年或2037年看到的样子。

像5G一样，6G并非通过每秒多少比特、带宽有多宽、功率水平多大或使用什么频谱来界定，而取决于如何使用这些系统以及它们对社会的影响。这是一个始于5G时代的关键思维范式，因为他们正在设想该系统必须解决的案例，以及这将对社会产生何种影响。随着6G的到来，“这将对社会产生何种影响”的问题现在更是成为讨论的焦点。

那用于界定6G的社会影响是什么？

其中的一个影响是“可持续发展”。换言之，就是在社会中以一种更普遍的方式使用移动无线通信。在过去的几年里，由于新冠疫情肆虐，我们已经看到了很多这样的案例。例如，在教育领域，我们可以将教学专业知识和互动性一起带到教育资源匮乏的农村地区或非农村地区。

这还涉及我们如何管理医疗服务，如像远程手术之类的事情。围绕这一点有很多政策问题。远程医疗在5G时代就已经出现，到了6G时代则会进一步得到发展。

您也可以想一想将如何使用普及的移动通信和计算来管理一个城市，比如实时交通管理、紧急服务，以及许多当今城市所需的物流服务。

是否还有其他影响？

另一个领域是如同身临其境的远程呈现，如《少数派报告》或最新的《银翼杀手》电影中的触觉全息透视图像那样。或者，像你我现在面对面一样，可以互相握手，而不是视频通话；你可以触摸到对方的手，面对的是一个全尺寸的全息视角。虽然这可能看起来有点傻，就像《星球大战》电影一样。但是，我们可以扩展其应用，将其用于物理系统的远程故障诊断，甚至是到因为不安全而通常不能派人执行任务的地方。

还有一些其他的用例，但我要重点谈谈对隐私和安全的关注。随着这些系统的使用方式不断扩展，以及通信系统的数量不断增加——无论是智能手机，还是相互合作的机器人，或者是内置于我们皮肤内的器械——恶意行为者的威胁变得更加显著。因此，我们需要一种方法让系统根据应用的要求，自动了解所需的相对安全或隐私水平，并作出相应调整。我甚至看到了利用人工智能等技术来解决目前最常见的安全问题的潜力，这个问题就是人们没有正确地配置他们的系统——他们有一扇门，有一把锁，还有一把钥匙，但却没有将门锁上。在这种情况下，我们需要一个可以拯救我们的系统，为我们指明正确的方向。

如果6G要通过这些社会影响来界定，那么您如何将这些想法转化为可供无线行业使用的实际测试和测量设备？

我不是想低估吞吐量、容量以及能源消耗等关键性能指标的重要性。但首先，我们对于要完成的任务，至少必须稍微有所了解。其次，要知道必须使用哪些技术才能使其正常运行？必须具备怎样的性能水平？

拿沉浸式远程呈现来说，由于在全息图的大小、每秒的帧数以及通过数字处理获得清晰图像方面有要求，其数据速率必须非常快，达到每秒几百千兆比特。所有这些都只涉及图像的质量，而这只是整体性能的一个方面。交互式全息图还对系统提出了特殊的延迟要求，而且正如我之前所说，它具有重大的隐私和安全隐患。

我刚才谈到的内容大部分只涉及无线电连接，但网络的其他部分应该如何发挥作用呢？它是如何管理移动的所有数据的？如果它必须处理和传送的全息图不止一张，那么要把所有这些性能要求都乘以n，要如何做到?

这就是我们期待人工智能能够完美融入6G技术的原因之一。网络将成为一个非常复杂的系统，它将需要拉动许多“杠杆”才能实现优化，而光靠人无法做到这一点。因此，人工智能将被用来优化必须处理和通信的数据量。或者，它也许能够预测将要发生的事情，这样我们就不必只是粗糙地用极端的数据速率并通过延迟来管理从一个地方到另一个地方的信息流。

所以您正是从这一点出发来思考这些新技术可能需要什么，并为之努力吗？

我刚才所讲的这些东西，包括数据速率、延迟、功耗、网络交互、安全、甚至人工智能，都是为了告诉人们如何建模、设计和执行该系统。他们如果需要帮助，会希望我们这样的公司为他们提供什么呢？

我们需要测量必须在这种水平上运行的无线电，需要速度非常快的系统来测量宽频带和多种无线电技术的高数据吞吐量，需要时效性强的分析系统来测量延迟。我们还将需要网络模拟和仿真系统，帮助人们了解网络应该如何运行。

您能否举例说一说是德科技正在努力开发的测量设备？其他公司可以用它来开发6G技术。

目前还没有哪家企业建立了可以对数据速率为每秒100千兆比特的空中接口进行测量的系统。我们已经做了一些初步工作，而且取得了良好的效果。我们对射频收发器进行了仿真模拟，但要打造一个运行速度如此之快、具有全部所需部件的完整空中接口，仍有许多工作要做。

我们可以提供昂贵、精密的系统，可以在亚赫兹频率下进行一些基本的测量。接下来，我们要面对的挑战是如何将这些研究工具转变为主流使用的更加经济实惠的系统。

系统设计和测量的另一个基本挑战是数据处理。如果你想在一个可能只有0.25立方米的测量机箱中操纵消耗那么多数据的系统，例如每秒100千兆比特，那么要考虑多个因素。你能这么快地处理数据吗？全行业面临的一个挑战是，这么高的带宽和数据速率所需的采样率远远大于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）和专用集成电路（ASIC）中最先进的时钟速率。不仅如此，处理这么多数据会消耗大量电力。因此，我们正在研究如何将这些系统变得更高效。

听您这么一说，似乎随着6G的发展，还有很多工作要做。就您个人而言，您觉得最令人激动的是什么？

这是一个技术极客的梦想，对吧？关于移动通信，有一点毋庸置疑，即它对我能想到的每一门电子工程和计算机工程学科的知识都有极高的要求。在某种程度上，我认为这对电子行业来说是独一无二的。

从5G时代开始，我们就尽可能将更多的功能集成到软件驱动的实施方案中，使系统变得灵活，并且可以重复编程。对6G来说，最大的不同在于它将变得更加灵活。如果你想让网络具有所有不同的功能，就要尽可能多地将这些功能变成软件。我们不可能有虚拟天线和无线电功率放大器。也就是说，我们必须保留现在使用的无线电、电子设备、光纤等，而且其性能还得比以前更好。最重要的是，要对我们如何应对范围不断扩大且具有灵活性的虚拟化设立标准，并加以改进。

这意味着，网络性能的“好”或“坏”的判断标准变得更加主观——至少在今天看来，这取决于如何使用网络以及谁在使用网络。但是，企业和用户仍然希望采用“它到底有多好”的量化标准来衡量。这正是令人兴奋的挑战：它就是我所说对主观进行量化。在设计和监测性能时，需要采取哪些关键指标来回答“你的体验质量如何？”和“安全性如何？”等问题，而不仅仅是每秒的比特数和正常运行时间。除了该行业在未来10到15年内将发展的所有电子技术外，对我来说，这是一个超级令人激动的领域，可以使网络系统发挥所有功能。

资料来源 IEEE Spectrum