重新思考6G

对于大多数人和大多数应用来说家里和工作场所中移动设备的数据最大传输速度接近“足够快”了吗这些异端问题值得一问因为近期的行业带宽跟踪数据揭示了一些令人惊讶的情况地面和移动数据的增长正在放缓。事实上在消费技术和宽带使用模式没有发生巨大变化的情况下在几年内数据速率需求的峰值低于1千兆比特/秒即10亿比特/秒。这是一件大事。几十年来人们对无线和地面宽带数据速率会无限提高的假设一直是电信研究资金的主要驱动因素。为保持电信研发引擎不断运转世界各地的研究团队创新提出了一系列看似无穷无尽的带宽速率提升技术比如从2G转变到数字蜂窝网络再到数据传输能力更强的3G以及低延迟、无线连接的5G。然而消费者当前的使用情况似乎会打乱这一进程。今天现实世界中的5G数据下载速率一般最高可达500兆比特/秒数据上传速率要低一些。一些初步研究表明6G网络有朝一日可以提供100千兆比特/秒的数据传输速率。但从需求的角度来看情况则截然不同。这在一定程度上是因为需要15至20兆比特/秒乃至更高速率的移动应用程序很少同时需要超过1千兆比特/秒的主流消费应用程序几乎不存在。即便是要满足多个同时活动的应用程序和用户也只需要每秒数百兆比特的速率。到目前为止需要将带宽边际扩展到1千兆比特/秒以上的新消费技术尚未出现。然而今天的无线通信公司和研究人员仍然在瞄准这样一个市场消费者的需求将吞噬他们的移动网络所能提供的所有带宽。他们的想法似乎是如果有更多的可用带宽新的用例和应用程序将自发地出现消耗这些带宽。但是结果真是如此吗许多技术都经历过这样的阶段客户热切地接受某些参数的每一项改进直到达到饱和点最终客户对改进不再感兴趣。回顾一下商业航空飞行速度的发展简史。今天客机的飞行速度约为900千米/小时过去的50年里它们一直在以这个速度飞行。虽然在20世纪70年代到21世纪初协和式飞机为超音速客机找到了一个利基市场但今天的主流消费市场已不再使用商业超音速运输。需要明确的是每秒几千兆比特的无线带宽可能仍然有利基市场的用例就像仍然可能有企业高管和政坛领袖继续期待超音速全球旅行。但是如果最终大多数6G消费者的带宽需求与今天的5G情况相似呢这是一种值得想象的可能性。奈飞公司称目前传输高端4K视频需要15兆比特/秒的速率。对普通的最终用户来说家庭宽带速率从每秒几百兆比特升级到每秒1千兆比特通常不会产生很显著的差异。同样虽然思科表示5G网络的速度是4G的1.4至14倍但对于那些拥有良好4G连接的人5G带来的移动体验改善远没有广告商所宣称的那么大。因此大体上对于今天一般的移动设备来说速率超过15兆比特/秒是没有意义的。对于一个家庭而言假设两三个成员在分别浏览网页或观看视频饱和点大概就在100兆比特/秒和1千兆比特/秒之间对于大多数用例来说超过这一点后进一步的改善将变得越来越不明显。再来探讨一个更极端的用例在近年来的消费技术设备中《微软模拟飞行器2024》可以说是对带宽要求最高的应用之一用Windows Central的描述来讲其“令人震惊的带宽需求”最高可达180兆比特/秒。我们停下来想一想。这样一款尖端科技产品要求的带宽甚至不到1千兆比特/秒的1/5在今天却被认为是“令人震惊的”、贪婪的带宽需求。那么全球网络有“面向未来”的需要吗也许大多数移动和地面网络现在不需要每秒几千兆比特的连接。然而那些“越大越好”的支持者说这个世界很快就会需要首先现在即将出现哪些占用大带宽的技术呢2024年9月苹果发布了iPhone 16苹果首席执行官蒂姆•库克表示生成式人工智能将广泛融入“苹果所有产品”。苹果的新人工智能功能会成为一匹潜在的消耗带宽的黑马吗一个高带宽用例可能是最新款iPhone用相机识别场景并评论其中的内容。然而这与谷歌Lens的视觉搜索功能没有什么太大区别该功能尚未明显改变网络流量。事实上这种功能也许每天就使用几次带宽需求可能与一两秒钟的高清视频相当。这些都不会使上面提到的一般带宽容量接近饱和。再唱一唱反调考虑一组具有代表性的技术5种已经存在且即将扩大规模的潜在高带宽消费技术。它们中有任何一个会产生今天的网络应用所没有的每秒几千兆比特的需求吗比如自动驾驶汽车当然它们需要尽可能多的带宽。然而当今世界上为数不多的珍贵自动驾驶汽车通常被设计成不需要太多即时互联网通信便能工作。没有哪项即将到来的自动驾驶技术表现出要从根本上改变瞬时带宽的需求。自动驾驶的未来可能是革命性的、最终不可避免的但除了良好的5G连接它似乎对网络连接没有更多的需求。物联网也是如此它的网络流量预计不会超过4G连接的能力。全息通信同样不会比上述任何一个案例研究要求更多的带宽。对于一般用户而言全息图实际上只是立体视频投影。因此如果单个4K流需要15兆比特/秒的速率那么立体4K流就需要30兆比特/秒的速率。当然精致地表现大量用户虚拟现实交互的完整3D场景可能会抬高带宽要求。但到目前为止我们只是在想象《黑客帝国》那样的技术没有确实的证据表明良好的4G或5G连接无法满足这些技术的带宽需求。总的来说人工智能是这副牌中的万能牌。这项技术神秘的未来发展方向表明人工智能宽带和无线带宽需求可能会超过1千兆比特/秒。但至少考虑一下这个方程中的已知条件目前人工智能应用需要向智能手机或消费平板电脑等边缘设备发送或接收少量提示文本、图像或视频片段。即使在此基础上大幅提高提示文本、照片和视频的带宽要求也不太可能达到或超过单个4K视频流那么高的要求。如上所述这似乎表明比较适中的带宽需求为15兆比特/秒左右。与此同时元宇宙已经失败了。但是即使它明天东山再起目前估计其带宽需求也将在100兆比特/秒至1千兆比特/秒之间仍在5G范围之内。诚然最大胆的元宇宙长期预测指出尖端应用可能需要高达5千兆比特/秒的带宽。2025年1月威瑞森电信在一个5G实验网络中实现了超过5千兆比特/秒的带宽但短期内大多数消费者在大多数场景不可能会复现这一结果。然而即使考虑现实世界的5G网络实际不可能达到5千兆比特/秒读者仍然应该权衡这样一个事实这种想象中的、最终可能要求5千兆比特/秒带宽的应用是一种极端情况。而且只有这类应用的高端部分将来有可能会超过今天的5G技术所能提供的数据速率。换言之我认为还没有出现对网络要求远超4G和5G提供能力的新技术。因此考虑在当下去满足未来电信领域可能出现的每秒几十千兆比特或更高的带宽消费需求就像是为了不太可能发生的事件购买昂贵的保险一样。下图摘自我的图书《电信历史的终结》The End of Telecoms History从中可以看出至少在过去十年里数据增长的下降趋势已经很明显。图表中跟踪的统计数据起初可能看起来有点反直觉。但需要澄清的是这些图表并不意味着总的使用带宽在下降。更确切地说这些图表得出的结论是带宽增长率在放缓。我们先从移动网数据说起。从2015年到2023年带宽增长持续下降每年约6%。对于固网宽带数据整体趋势有点难以解释因为在2020年和2021年出现了一个与新冠疫情相关的大峰值。但即使将这个完全可以理解的异常考虑在内2015至2023年家庭和办公室宽带增长也平均每年下降约3%。从这两条曲线推断出的趋势是到2027年左右数据增长将最终降至零或者至少是一个可以忽略不计的小数字。这是一个不受欢迎的结论。它与多年来一直预测未来每秒数千兆比特的持续增长背道而驰。例如2023年11月时任美国总统拜登发布了其频谱战略其中指出“据估计未来5年宏蜂窝网络数据流量预计增长超过250%在未来10年增长超过500%。”此外总部位于斯德哥尔摩的电信公司爱立信最近预测短期内“移动数据流量将激增”。英国电信监管机构通信管理局Ofcom预测在可预见的未来带宽增长率为40%。但是正如此处图表所示在发达国家和地区许多移动和互联网用户似乎正在获取他们所需的所有带宽。数据速率不再是限制和决定性因素。继续发展更快、更大网络的需求今天可能被夸大了。可以说互联网历史的这一章已经结束或者很快就会结束。覆盖范围和带宽已经足够的影响对设备供应行业最明显。主要网络供应商可能要适应数据速率趋于平稳的新现实。爱立信和诺基亚最近的裁员和艾尔斯班网络等小供应商的破产是否在预示电信市场将要发生什么运营商已经在减少对5G设备的投资而且很可能已经接近“仅维护”支出。大多数移动和固网运营商的收入增长已经多年没有跑赢通货膨胀但人们仍希望这种情况会有所好转。不过如果这里引用的数字可信的话这种好转可能不会到来。从历史上看电信业一直是一个高增长行业但目前的趋势表明它正朝着更加静态的方向发展——更像是公用事业在这种情况下公用产品是可靠地提供数据连接。根据这些趋势推断设备供应商将不需要在扩大带宽上投入太多而是要将重点放在提高现有产品线的利润率上。对于6G网络一定程度的带宽拓展仍然是必要的。上文提到的元宇宙示例表明未来几年用户所需的最高速率每秒几千兆比特将有一系列不同的“上限”。对于大多数人来说1千兆比特/秒似乎已经足够。对于那些类似未来沉浸式虚拟世界的高端应用这个上限可能更接近5千兆比特/秒。但将研究力量集中在可为每个人提供10千兆比特/秒及以上速率的6G部署似乎没有任何当前可想象的消费技术作为基础。为了适应以接近公用事业或日用商品的方式运营无线网络的潜在新现实许多电信公司未来可能面临重组和成本削减。在这里廉价航空公司可能是一个比较恰当的类比。廉价航空公司之所以繁荣是因为大多数消费者可以根据价格选择机票。同样未来电信公司赢得更大市场份额的方式可能越来越不取决于技术创新而是取决于价格和客户服务。需要明确的是对新电信技术的研究需求还将继续。但是扩大带宽的优先级将会下调其他创新肯定会包括如何以更低的价格、更高效或更可靠的方式来提供现有服务。如果消费者对移动数据增加的需求继续减少监管机构将不再需要每隔几年就为蜂窝网络寻找新的频段然后进行拍卖。事实上大多数地区的频谱需求可能会减少。监管机构可能还需要考虑是否运营商越少对一个国家越有利许多地方可能只需要一个固定和移动基础网络就像电力、自来水、天然气等公用事业通常是围绕一家或有限的一组运营商构建的一样。另一个研究领域肯定涉及在世界上服务不足地区和区域拓宽覆盖范围。在城市以外地区宽带有时很慢没有移动连接。即使是城市地区也存在所谓的“信号盲区”室内覆盖尤其成问题特别是当建筑物外层材料无线电波几乎无法穿透时。大体上电信公司缩小当前数字鸿沟的方法主要有两种。第一种是监管。政府资金无论是通过新的法规还是现有拨款都可以提供给已确定进行宽带扩展的地区电信服务提供商。同时间接的资金来源也不应忽视例如允许运营商保留无线电频谱许可费而无需支付拍卖费。第二种是技术方法。可以通过部署卫星互联网降低农村电信服务的部署成本。提高室内覆盖质量可能需要进一步增加或扩大专用5G网络并改善现有和增强Wi-Fi的接入。上述设想代表了一个重大的方向转变从一个每十年围绕新一代移动设备创新而构建的行业转变为一个专注于提供更低价格和更高可靠性的行业。即将到来的6G时代可能不是电信行业预测者想象的那样。它的出现可能并不预示着将达到10千兆比特/秒甚至更高速率的顶峰。相反6G时代可能更接近一个调整期电信史上追求带宽快速增长的时代即将结束对于那些最清楚如何从中受益的人这将带来最大的机遇。作者William Webb