王建宙：新一代人工智能加速6G網絡演進

 過去的幾十年中，移動通信網絡經歷了從1G到5G的演進。每一次演進都提升了無線通信網絡的功能，這些功能的使用改變了人類的生活、工作和生產方式。

  今天，5G已經變成常態，6G正在向我們走來。國際電信聯盟發布《IMT面向2030及未來發展的框架和總體目標建議書》以后，6G的標準化和技術研發已經熱火朝天。

  此刻，我們對6G充滿期待。我們期待6G帶來更快的網速和更大的容量，更期待6G網絡演進成為與人工智能深度融合并可持續發展的新型網絡。

  人工智能重構移動通信網絡

  電信業是各行各業中最早采用數字技術的。早在上世紀80年代初期，隨著數字程控電話交換機的使用，電信企業開始了數字化的進程。數字技術的使用，成為電信業發展的轉折點，隨之而來的是此后幾十年的快速增長。

  現在，電信業正在迎來新的轉折點，這就是用人工智能來重構電信網絡。重構就是對系統的內部結構做出改變，通過優化內部邏輯，使系統更加合理和高效。要用人工智能優化網絡結構，用人工智能調度網絡資源，用人工智能管控網絡，替代過去基于長期經驗設計的無線網絡的結構和運行規則。通過大模型實時分析網絡狀況，預測和診斷故障，并修復和自我優化。

  重構網絡，就要對整個網絡的結構和運行邏輯進行調整，使之更加高效。

  長期以來，電信網絡都是按照忙時業務量確定網絡容量并建設網絡，然后晝夜不停地全容量運行網絡。用這種方式運行低耗電的固定電話網絡是行之有效的。但是，移動通信網絡具有大量的分布式基站，隨著基站數量的增加和收發天線數量的增加，網絡耗電量一直在增長。5G網絡開通以后，由于5G網絡功率遠高于4G，為了節約用電，運營商嘗試在深夜閑時對部分基站實施休眠。

  在利用人工智能重構網絡之后，可以期待行業將建立一種新穎的網絡運行方式。人工智能不僅可以根據預測的業務量忙閑狀況，自動控制基站的休眠和喚醒，而且可以使這種控制變得更加精確。把人工智能的算法應用于網絡系統之中，將基站發射、信號傳送和終端接收的全過程構建為一個深度神經系統。可以設想的目標是，利用人工智能自動調度資源的功能，在基站不休眠的情況下，根據實際業務需求變化自動調整頻率帶寬，自動調整收發天線的數量，這樣可以明顯地提升效率降低能耗。

  我們可以把傳統網絡運行比喻成一個樂隊的齊奏，即所有的樂器同時一起演奏；把利用人工智能精確控制的網絡運行比喻為交響樂演奏，即每一個樂器都是在需要的時候才出現。

  要實現6G讓萬物智聯的愿景，還應使網絡具有不同的層次。6G既要滿足超高速物聯的需要，也要滿足中低速物聯、窄帶物聯和無源物聯的需要。4G網絡建成以后出現了NB-IoT，5G網絡建成以后出現了RedCap，都是為了適應不同層次的物聯網的需要。6G網絡宜在制定標準的初期就考慮到這種不同的需求。

  重構網絡還體現在增加網絡的功能。6G網絡將會超越連接，把網絡連接與算力、算法、數據深度整合，從而支撐未來海量的人工智能應用。6G還將實現通信與感知一體化，拓展通信網絡的功能邊界。

  突破技術難題

  自4G采用正交頻分復用（OFDM）作為調制方式以后，5G也繼續采用OFDM。5G之所以具有較4G更快的速率，除了幀結構的優化，主要是因為增加了頻率帶寬和MIMO的收發天線數量。5G-A也是采用了同樣的思路。這種方法對于提升網絡速率確實立竿見影，但是也提升了基站設備的功耗。事實上，5G基站的功率遠高于4G，5G-A基站的發射功率與5G一樣，但由于收發天線的數量從64個增加到128個，實際功耗增加了10%-20%。

  6G要大幅提速，勢必要繼續增加頻率和收發天線。此外，6G將實現通信感知一體化，這就可能需要在OFDM發送連續波的基礎上，增加新的調制方式（如線性調頻，LFM）來發送感知的脈沖波，這又會增加功耗的負擔。

  5G網絡運行后，移動網絡的能耗問題已經引起了業界的高度重視。電信運營商和設備制造商都采取了許多措施來降低5G網絡的能耗。常用的措施包括：改進元器件，優化電路設計，減少空調設備，等等。但總的來說，效果還不夠明顯。

  隨著頻率效率的提高，功耗也不斷增加，這是無線通信發展至今碰到的新難題。要實現移動通信業的可持續發展，需要在技術上有新的突破。

  語義通信就是一種全新的技術，將通信與人工智能深度融合，通過對原始信號內容的特征提取，大幅減少傳輸的字節數，提升網絡效率。這確實為移動通信的發展開辟了一個新的維度，引起了業界的密切關注。應該大力支持語義通信的技術研發。

  頻率資源短缺也是未來移動通信發展避不開的問題。盡管6.425-7.125 GHz頻率已被2023年世界無線電大會劃為可用于5G和6G的新的移動通信頻率，但顯然無法滿足6G對頻率的全部需求。

  中低頻段的頻率已嚴重短缺，高頻段頻率資源豐富，而且在性能上有許多優勢，但由于無線電波具有頻率越高，繞射能力越弱的特性，若用毫米波或高頻段的厘米波建設蜂窩式移動通信網絡，存在著基站覆蓋范圍太小的難題，更不用說太赫茲波了。

  10年前，在5G的研發階段，很多制造商和運營商都把重點放在毫米波上。記得那幾年在巴塞羅那移動通信展上，幾乎所有的參展商展示的5G系統都是采用毫米波的。當時，我就在想，毫米波基站覆蓋范圍那么小，作為專網使用沒有問題，但用毫米波建公網，成本會很高，運營商可能無法承受這種成本。果然，在5G建設的初期，國際上有一些運營商曾采用毫米波建設5G公網，但由于網絡覆蓋成本實在太高，后來又參加頻率拍賣，改用中低頻段建網。有的運營商已經取得了毫米波頻率，后因顧慮成本太高而遲遲不開工，這些頻率又被收回了。

  盡管如此，由于中低頻段資源的匱乏，移動通信若要進一步發展，我們不得不面對使用高頻段頻率建網的問題。

  國際電信聯盟的建議書指出：“IMT-2030需要廣泛利用1 GHz以下頻段至亞太赫茲頻段之間的多個頻段，涵蓋低頻段、厘米波頻段、毫米波頻段和亞太赫茲頻段。未來的很多部署場景（包括廣域部署），可能需要更大的信道帶寬來滿足新業務、新應用的需求，現有的頻譜和后續新分配、新發現的頻譜需要和諧共存。”

  主攻目標是解決高頻段基站因無線電波繞射能力弱而使其覆蓋范圍變小的問題。

  辦法總會有的，目前已經有了一些解決方案。例如，智能超表面（RIS）可以將入射的電磁信號通過反射和透射方式引導到所需方向，使信號覆蓋到視距之外，這可能是解決高頻段無線電波繞射能力弱的有效方法。我曾在試驗場地觀看過RIS的演示，效果顯著。RIS看起來很像專業攝影師用的反光板，當然比反光板復雜得多。目前RIS在成本控制、功耗控制和避免干擾等方面還有許多尚待解決的問題。我認為，在6G標準化過程中，要像重視基站那樣地重視RIS。國際電信聯盟已將RIS列為6G的技術趨勢，稱之為多維度物理傳輸技術。這類技術的突破極具現實意義，值得大力支持。

  擴大運營商共建共享網絡

  一直以來，世界各國的移動通信市場都是由多家運營商互相競爭的，每一個運營商都獨立建設了各自的移動通信網絡。這種市場競爭的格局加快了移動通信的發展，降低了資費，改善了服務，使消費者受益。

  但是，移動通信的市場環境已經發生了巨大的變化。一方面，由于移動通信技術標準的統一，網絡之間的技術差距縮小，網絡服務內容也相類似，運營商之間的競爭成為同質化的價格競爭；另一方面，隨著移動網絡所需帶寬增加，頻率資源嚴重短缺。再加上移動通信網絡的頻繁升級換代，電信運營商的資本開支居高不下。正因為如此，在資本市場上，電信運營商的估值普遍偏低。

  在這種新的市場環境下，國際電信業出現了兩種趨勢：一是減少電信運營商的數量，通常是通過商業并購的方式來實現；二是電信運營商共建共享網絡。

  電信運營商共建共享網絡在3G時已經開始，但那時共享的范圍比較小，主要是站址共享。進入5G以后，電信運營商之間的網絡共建共享范圍擴大，而且成為一種趨勢。

  中國的電信運營商在共建共享5G網絡方面取得了巨大的成功，并贏得了全球同行的贊譽。5G網絡的共建共享不僅大幅降低了建設成本和運維成本，降低了能源消耗，而且由于共享頻率資源，增加了無線帶寬，使網絡的技術性能得以提升。

  5G網絡的共建共享，通常采取合作各方簽署協議的方式。在國際上，也有成立合資公司的方式，各運營商持股成立一家合資公司，由合資公司專門負責5G網絡的建設和維護，供出資的運營商使用。

  毫無疑問，網絡共建共享在6G仍將繼續，而且還將擴大。因此，在6G的標準化過程中，需要考慮如何為運營商共建共享網絡提供更多便利。根據5G共建共享的實踐經驗，改善技術規范。在制定新的技術規范時，需要兼顧各種形式的運營商網絡共享，包括異網漫游方式共享、無線接入網共享、無線接入網并部分核心網共享、虛擬運營商共享等。

  電信運營商在5G網絡上超大規模的共建共享，證明了將電信網絡建設維護與電信業務經營解耦不僅可行而且效益顯著。兩個運營商共同使用一個5G網絡，更合理地利用了資源，降低了成本，提高了效率。而且，只要管理有效，運營商之間不會因為共用網絡而減緩市場競爭。

  電信運營商在5G上已經朝著網業分離的方向走出了一步。6G網絡的共建共享應該邁出更大的步伐，一方面可以從兩家合作擴大到多家合作，另一方面要使這種合作更加規范。可以探討各方共同建立合資公司，由合資公司統一建設和維護6G網絡，供所有的運營商有償使用。

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