6G速率将会提升多少?

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6G到底会有多快?

这是每一代移动通信到来时,人们都会问的问题,6G也不例外。

目前,这个问题还没有一个最终答案。ITU的IMT-2030中无线接口最低技术性能要求草案还未正式批准,3GPP首个6G标准Release 21版本尚未冻结。但随着6G研究逐渐从愿景走向标准,这个问题其实已经没有几年前那么模糊。

从ITU提出的IMT-2030能力框架,到3GPP最近讨论的信道带宽、波形和调制方式,都指向了一个越来越清晰的趋势:6G仍然会更快。但可能不会出现显著的数量级跃升。

一、速率移动通信演进的重要指标

为什么每次谈新一代移动通信,人们首先都会问“快多少”?

图:每一代协议演进速率和业务承载的变化

因为速率并不只是一个容易宣传的技术指标,它还直接决定了一张移动网络能够承载什么样的业务。

1G时代的蜂窝网络主要解决的是移动语音问题,本身还没有今天所说的移动数据业务。

到了2G,移动通信进入数字时代。早期GSM数据业务只有9.6kbit/s左右,后来经过GPRS、EDGE不断演进,逐渐进入数十到数百kbit/s,手机开始能够处理电子邮件、简单网页和图片。

3G第一次真正把“移动互联网”带入大众市场。数Mb/s的速率,使网页、图片、视频通话和早期移动视频开始成为现实。

4G进一步跨入真正的移动宽带时代。LTE实现百兆级无线传输,高清视频、直播、短视频、移动支付以及以智能手机App为中心的移动互联网生态,都建立在这一轮网络能力大幅提升之上。

到了5G,ITU在IMT-2020框架中将下行峰值数据速率目标提高到20Gbit/s,5G由此进一步面向超高清视频、XR、云端应用以及工业连接等更高带宽业务。

以上演进可以清晰看到:

过去几十年移动通信最显眼的进步之一,就是数据传输能力不断跨越新的数量级。

这种能力提升也和新应用的创新相辅相成,成为从2G到5G技术演进的主旋律。

二、速率为什么能一代代提高?

那么,从2G到5G,网速究竟是怎样提高上来的?

如果把复杂的无线通信系统简化,可以写成一个与带宽和频谱效率的关系:

其中,频谱效率又与调制编码方式、MIMO空间复用、波束赋形以及各种协议开销有关。

因此,理解过去几代移动通信为什么能够不断提速,可以先看两个最基础的因素:

第一,信道越来越宽;第二,单位频谱里能够传输的数据越来越多。

先看带宽

沿着GSM、WCDMA、LTE、5G NR这条主流3GPP技术路线来看,单载波能够使用的无线带宽一直在快速扩大。

2G GSM的载波间隔只有200kHz。

到了3G WCDMA,一个载波大约占用5MHz。

4G LTE把单载波最大信道带宽扩大到了20MHz。

5G NR继续扩大带宽。在今天最主要的FR1频段中,

单载波最高可以达到100MHz;进入FR2毫米波频段,还可以支持400MHz信道。

如果只看主流中低频移动网络,变化非常明显:

200kHz → 5MHz → 20MHz → 100MHz。

3G到4G,单载波带宽大约扩大4倍;4G到5G,又扩大了约5倍。

这就是过去移动通信不断提速最直接的物理基础之一。

但是到了6G,这条曲线开始明显放缓。在2026年2月举行的3GPP RAN4 #118会议上,6G系统参数研究对最大信道带宽进行了讨论。其中,200MHz被作为6G的baseline方案。

如果以今天5G FR1的100MHz和这个6G研究基线比较,带宽只扩大了:

2倍。

而不是过去常见的4倍、5倍。

仅从这一点来看,6G已经很难继续依靠大幅拓宽单载波带宽,轻松换来一个数量级的速率提升。

图:协议演进信号带宽的变化

再看调制和频谱效率

第二条路,是让同样宽的频谱传输更多数据。

2G GSM主要采用GMSK,后来EDGE引入8PSK;3G WCDMA以QPSK为基础,HSPA进一步引入16QAM等更高阶调制;4G LTE进入OFDM体系并持续采用更高阶QAM;5G NR继续以OFDM为核心,并引入CP-OFMD等多种调制。

从最简单的每符号信息量来看,随着调制方式的升级,每符号携带的信息量持续增加。

调制方式的提升,也促使协议演进中,每符号携带的信息量成倍增加。以下是从2G演进到5G的代表协议中,每符号携带信息量的增长图示。

图:协议演进中每符号信息量的变化(以上行为例)

其他速率提升方式

除了扩大信号带宽和提高频谱效率,移动通信还会通过多层复用的方式继续提高数据速率,其中最典型的是MIMO和载波聚合。

MIMO,也就是多输入多输出,可以利用多根收发天线,在相同时间和频率资源上同时传输多路数据。这就相当于在一条无线信道上增加了多条并行的数据通道。4G开始大规模应用MIMO,5G进一步发展到Massive MIMO,成为提高峰值速率和网络容量的重要技术。

另一种方式是载波聚合。它可以把多个不同频段或不同载波的频谱资源组合起来同时使用。比如5G单个载波只有100MHz,但如果同时聚合多个载波,终端实际能够利用的总带宽就可以到达200MHz甚至以上,从而进一步提高峰值速率。

此外,波束赋形、更先进的信道编码、多用户MIMO等技术,也会继续改善无线传输效率。

三、6G的速率究竟会有多快?

现在可以回到最初的问题。

6G究竟会有多快?

目前仍然还没有最终的官方数字。

截至目前,ITU的IMT-2030最低技术性能要求已经形成草案,但要到2026年12月由ITU-R Study Group 5进行正式审批;3GPP第一版6G规范性标准Release-21也尚未完成。

但是,6G速率大致会处于什么量级,已经开始变得清晰。2023年发布的Recommendation ITU-R M.2160-0 《Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2030 and beyond》,给出了IMT-2030的一系列能力研究目标[1]。

图:ITU发布的未来发展框架和总体目标

虽然文件明确指出,其中给出的能力数值是“用于IMT-2030研究和探索的估计目标”,未来不同应用场景究竟采用哪些具体数值,还需要在后续ITU-R建议书和报告中进一步确定。

但其中的一些数值仍可作为参考。在这个前提下,ITU给出的峰值数据速率可能研究示例是:

50Gbit/s、100Gbit/s、200Gbit/s。

给出的用户体验速率可能研究示例是:

300Mbit/s、500Mbit/s。

ITU还给出了频谱效率的研究示例,即相对于IMT-2020提高1.5倍和3倍。

所以,今天如果问“6G究竟能有多快”,当前时间点的回答是:

最终数字还没有冻结,但从ITU目前给出的50—200Gbit/s峰值研究示例、300—500Mbit/s用户体验速率研究示例,以及3GPP已经逐渐清晰的物理层技术方向来看,6G相对于5G更可能是数倍的速率提升,而不再天然追求一个新的数量级。

四、6G的速率预期,正在从“越快越好”回到工程现实

速率没有再提高几十倍、上百倍,是不是意味着6G的技术进步变小了?

并不是。

更准确地说,是移动通信发展到6G之后,评价一代新技术的方式正在改变。

在2026全球6G技术与产业生态大会上,中国工程院院士邬贺铨把这种变化概括为“6G主要指标回归现实”。

图:邬贺铨院士:6G主要指标回归现实

他认为,6G指标之所以逐渐从追求极限向现实收敛,需要考虑实际应用需求能不能满足、技术能不能获得,以及成本能不能接受;6G需要从“高速连接管道”向“原生智慧平台”转变,更重视频谱效率、能源效率、安全和网络可运维性。

ITU的6G框架也有同样的观点,在IMT-2030中,“速率”只是众多能力中的一部分。

ITU提出的6G研究能力还包括0.1—1ms无线接口时延、500—1000km/h移动性、1—10cm定位精度等目标;与此同时,感知能力、AI相关能力、覆盖、安全与韧性以及可持续性,都被纳入了IMT-2030的核心能力框架。

这也解释了为什么6G没有必要继续把全部技术资源投入到“把网速再提高数十倍”。

结语

从目前的标准化进展来看,关于“6G有多快”的答案正在第一次变得比较清晰。

最终指标仍未冻结,但无论是ITU给出的速率研究区间,还是3GPP正在收敛的带宽、波形和调制方向,都说明6G已经不太可能继续沿着过去那种单纯依靠速率跨越数量级的路线发展。

当“连接得更快”已经不再足以定义下一代网络,6G开始把能力扩展到连接、覆盖、感知、智能、定位、可靠性和能源效率。因此,6G与5G之间真正的代际差异,可能不会被一个“快多少倍”的数字完全概括。

6G的意义,正在从创造一条更快的数据管道,转向建立一张能够连接、感知并理解现实世界的智能网络。

参考文献:

[1].Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2030 and beyond, https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.2160-0-202311-I!!PDF-E.pdf

[2].慧智微,6G的关键时间点

责编: 爱集微
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