本文來自：通信產業網，作者：劉鵬

引言

在新冠疫情和一些國家政治紛亂之下，世界處於“百年之未有大變局”的混沌和變革之中。商業貿易交易模式鉅變、工廠生產組織模式鉅變、能源模式鉅變、人們的行爲模式鉅變。由此帶來的技術變革，例如：大數據、人工智能、新能源、新材料、新芯片、新影像、新安全等等。然而，這些變革都需要數據的獲取、需要溝通、需要分析歸納處理、需要行爲指令。滿足這些需要的基礎就是“通信”，所以，世界各國對5G趨之若鶩，競爭不休。仔細想來，5G自誕生以來的確實現了4G改變生活到向5G（5G分爲釐米波和毫米波）改變社會的轉變，全球部署大都是Sub-6G頻段，拉網下載速率1G/s、上行速率200兆 /S 左右（只有美國部署了28G和39G毫米波頻段），但其作用有限，仍舊無法滿足部分通信需求。

一方面，從小數據小流量的語音、圖片、視頻(慢視頻)轉向AR/VR爲特徵的影像（大/快視頻）；另一方面，從業務下載爲主的模型轉向以業務上傳爲主的模型。爲了應對轉變，業界認爲只有5G毫米波通信才能夠初步滿足，業界普遍採用1D3U上傳下載時隙的毫米波設備模式，甚至認爲只有未來的6G太赫茲頻段通信才能滿足（當然還有天地一體化通信、6G與3/4/5G共存與協同，此文暫且不論）。

那麼，6G時代使用了毫米波、太赫茲、可見光頻段的通信設備，它的架構是否會發生變革、通信機理會發生變革？是否還會採用蜂窩理論來建構？蜂窩架構是否會發生坍塌？答案的猜想是必然的。本文就是要對這些問題進行猜想探討。

第一章

蜂窩會坍塌嗎？

先從6G公認的太赫茲頻段談起。太赫茲（THz）波是指頻率在0.1～10 THz（波長爲3000～30μm）範圍內的電磁波。2019年，國際電聯首屆明確75GHz以上太赫茲頻段爲地面有源無線電業務應用可用頻譜資源，同時計劃將有源業務的可用頻譜資源上限提升到450GHz，這將爲全球太赫茲通信產業發展和應用提供基礎資源保障。通過全球6大區域電信組織多次協商，中美德法等的充分探討，最終決議275 GHz-296 GHz、306GHz-313 GHz、318 GHz-333 GHz和356 GHz-450 GHz頻段共137GHz帶寬資源可無限制條件地用於固定和陸地移動業務應用，太赫茲通信迎來史無前例的發展機遇。

根據移動通信的場景和工程條件，普遍認爲6G太赫茲基站組網的有效覆蓋半徑爲10米-50米左右（取決於覆蓋邊緣速率）。由於覆蓋半徑小，其基站密度將遠遠超出當前4G/5G的基站密度。

可以看出太赫茲的速率很高、但覆蓋半徑類似於“超級Wi-Fi”。那麼問題來了，6G太赫茲覆蓋距離短，基站奇多，速率很高，猜想推論：無線蜂窩網絡架構將會坍塌！

爲什麼？第一，既然類似於超級Wi-Fi，還需要傳統核心網嗎？第二，這麼高的速率還需要IPRAN\PTN的承載環形組網嗎？第三，無線基站還需要複雜信令鏈接時隙開銷嗎？第四，蜂窩架構MAC鏈接終結IP嗎？第五，還需要複雜的基站協同、網絡優化嗎？顯然是不需要的，顯然是要進行變革的。如果真是這樣，我們賴以自豪的2/3/4/5G移動蜂窩架構就會發生坍塌！

我們知道著名的通信網絡七層模型，它對我們分析無線蜂窩網絡的架構和協議棧至關重要：七層模型，亦稱OSI（Open System Interconnection）。參考模型是國際標準化組織（ISO）制定的一個用於計算機或通信系統間互聯的標準體系，一般稱爲OSI參考模型或七層模型。

如下圖所示，OSI是一個七層的、抽象的模型體，不僅包括一系列抽象的術語或概念，也包括具體的協議。OSI中的上面4層（應用層、表示層、會話層、傳輸層）爲高層，定義了程序的功能；下面3層（網絡層、數據鏈路層、物理層）爲低層，主要是處理面向網絡的端到端數據流。

圖1：OSI七層模型

可以看出傳統無線蜂窩網絡架構用七層模型的層一、層二、少量層三來構建，傳統無線蜂窩網絡架構的核心網、承載、無線接入基本在物理層即我們常說的MAC層構建，來完成移動通信特殊的尋址、鑑權、鏈接和通信。而這些通信功能的實現是在大量消耗無線頻譜資源基礎上來完成的。因爲移動通信要求極高的通信等級、要求全程全網的尋址和鏈接、要求準確的計時和計費，從而制定了一套賴以保障無線接入網獨有的幀結構和協議棧、起到大腦作用的核心網和起到重要傳輸作用的承載網。同時爲了不同移動通信網絡的互聯互通，移動通信網絡與互聯網互通制定了繁雜的互通協議和網關。

就像前面的猜想，6G太赫茲時代，無線蜂窩網絡將會發生坍塌，其中很重要的一點，要使完成移動通信的尋址、鑑權、鏈接、無線基站策略管理、多天線MIMO的基站與用戶終端的測量與波速賦形這些協議棧從MAC層中跳出來，使得這些協議棧功能完全上移，要重構6G無線未來網絡的協議棧、架構、產品形態和組網模式，要有效解決傳統無線蜂窩網絡坍塌在未來網絡中的短板，從而最大限度提高頻譜利用效率、完全順應CT+IT無縫融合的技術趨勢，最大限度提高速率、降低時延、提高鏈接，實現6G場景下的智能化。

業界對6G的追逐，反映了人們對追求無線連接、更高的帶寬和速率、更智能、更安全、更低成本的無線網絡充滿了期待。即使蜂窩架構坍塌了，也會誕生新的革命性網絡。這就是本文通過猜想分析想達到的目的。

第二章

蜂窩坍塌對網絡架構的變革

一、 蜂窩坍塌對核心網變革之猜想

核心網是整個移動通信蜂窩網絡的核心交換設備，移動通信網絡由無線接入網與核心網共同組成，無線接入網完成覆蓋，而核心網是要連接全世界通信網絡，進行數據的交換，所以核心網是最關鍵的，如果沒有核心網，那移動手機互相通信或接入互聯網也就無從談起了。

核心網的功能主要是提供移動用戶連接、對用戶的管理以及對業務完成承載，作爲承載網絡提供到外部網絡的接口。通俗地說移動核心網主要實現三方面功能：1、尋址和鑑權；2、鏈接和計費；3、翻譯成互聯網語言與業務對接。這些所有的鏈接和功能都放在了MAC層。那麼到了太赫茲的6G時代，像超級WI-FI一樣多的基站，再按傳統的方式接入核心網還有必要嗎？

首先是尋址和鑑權。尋址完全可以利用北鬥或GPS等全球定位系統和大數據來解決，例如你移動到任何一地，你的手機可以單向向基站報道，由大數據記錄你的移動軌跡，當另外一個手機要給你打電話，在大數據庫查你的位置即可。這樣就把手機和基站日夜不停鏈接登記徹底省掉了，一則把手機和基站雙向日夜不停鏈接的耗電節省一半，另一則可以節省由於雙向鏈接所浪費的頻譜資源。而且，到了6G時代頻帶很寬，很多用戶可以自主在線，根本不需要尋址了。例如，我們現在很多家長跟海外留學的兒女聯繫大多利用微信電話和視頻，需要尋址嗎？顯然不需要。鑑權到了互聯網和雲的時代更是完全沒有必要在MAC層解決，而是在網絡層以上解決。例如，現在的各行各業的APP鑑權完全是在網絡層以上來解決的。

第二，鏈接和計費更容易解決，原來的鏈接是傳統的信令溝通、尋址鑑權等等複雜的暗號對接之後的唯你獨尊的鏈接。那時候帶寬有限，需要唯我獨尊的鏈接。現在移動互聯網已經大帶寬化、大數據化、雲化了、自主甚至永遠在線已經成爲可能，完全可以創造網絡層以上的唯我獨尊的虛擬鏈接，不需要通過信令反覆鏈接耗電和浪費頻譜資源去完成唯我獨尊的鏈接了。傳統計費是通過移動通信網絡MAC層的信令溝通和計時來完成，同樣要增加耗電和浪費頻譜資源。事實上現在互聯網和雲化條件下，千千萬萬個鏈接和計費（例如各式各樣的APP應用）都是雲上完成，根本不需要在MAC層來解決了。

第三，翻譯成互聯網語言和業務對接同樣是通過複雜、反覆的信令溝通和移動通信MAC層語言翻譯成互聯網語言，以及適配各種業務的方式，同樣造成耗電和浪費頻譜資源。在大帶寬、雲化、大數據背景下，根本是多餘的。例如，家裏的Wi-Fi就是直接在網絡層以上解決了。

綜上所述，當6G來臨，尤其是太赫茲作爲主要的大帶寬無線通道和多如牛毛的基站背景下，在大數據、雲化的環境裏，採用傳統的核心網架構，其組網的複雜性、高成本等都會受到顛覆式的挑戰。核心網的作用隨着無線蜂窩坍塌就失去了！運營商已經開始構建雲化、大數據化的大帶寬通信網絡，核心網必然會壽終正寢。問題是核心網的出路是什麼？國際上，亞馬遜、微軟、谷歌、阿裏、騰訊等企業爲了2B市場的開拓都開始了核心網雲化、大數據化、智能化的微服務架構進程（例如微信的小程序），這一定是核心網的轉型方向，只不過現在無線網絡還是以核心網爲核心，以MAC鏈接爲主的蜂窩網絡與客戶溝通，而且在廣覆蓋的需求，還有很大的存在價值。而到了未來6G網絡的新業務將在雲化平臺上與傳統無線網絡對接。

二、 蜂窩坍塌對承載變革之猜想

隨着5G的大規模建設，承載先行，從宏觀上來說，5G承載網的本質，就是在4G承載網現有技術框架的基礎上，通過“加裝升級”的方式，引入很多新科技，實現能力的全面強化。

以國內三大運營商的5G中回傳承載網方案爲例，基本上都是在現有方案上進行加強和改良，從而實現對5G的支持（其中，最重要的就是SA組網和網絡切片）。

首先看中國移動的5G承載方案。

移動認爲，SPN是最適合自己的方案，能夠滿足自己的所有需求。SPN，就是Slicing Packet Network，切片分組網。它是中國移動自主創新的一種技術體系。中國移動的4G承載網是基於PTN（Packet Transport Network，分組傳送網），而SPN基於以太網傳輸架構，繼承了PTN傳輸方案的功能特性，並在此基礎上進行了增強和創新。感覺在移動的眼裏，SPN就是以太網上“升級”一個光接口，可以充分利用現在非常成熟的以太網生態鏈，實現比較高的性價比。

因此，移動非常看好SPN，並竭盡全力推動SPN的標準立項，大力扶持SPN上下遊產業鏈的發展。在它的努力下，SPN技術確實發展很快，產業鏈也日趨完整。

中國電信在5G承載領域，對於5G回傳，初期業務量不太大的情況下，可以採用比較成熟的IPRAN，後續根據業務發展情況，在業務量大而集中的區域可以採用OTN方案，PON 技術在部分場景可作爲補充。初期基於已商用設備滿足5G部署需求，逐步引入 SR、EVPN、FlexE/FlexO接口、M-OTN等新功能，回傳接入層按需引入更高速率（如 25G/50G）接口；中遠期適應 5G 規模部署需求，建成高速率、超低時延、支持網絡切片、基於 SDN 智能管控的回傳網絡。M-OTN基於OTN，是面向移動承載優化的OTN技術（Mobile-optimized OTN）。之所以電信會選擇M-OTN，和電信擁有非常完善和強大的OTN光傳送網絡有很大的關係。衆所周知，電信的老本行是固網寬帶，在光傳輸網基礎設施方面還是很有家底的，帶寬資源也非常充足。OTN作爲以光爲基礎的傳送網技術，具有的大帶寬、低時延等特性，可以無縫銜接5G承載需求。而且，OTN經多年發展，技術穩定可靠，並有成熟的體系化標準支撐。對電信來說，可以在已經規模部署的OTN現網上實現平滑升級，既省錢又高效。

中國聯通選擇在現有的IPRAN技術上進行升級演進實現5G承載。IPRAN是業界主流的移動回傳業務承載技術，在國內運營商的網絡上被大規模應用，在3G和4G時代發揮了卓越的作用，運營商也積累了豐富的經驗。

但是現有IPRAN技術是不可能滿足5G要求的，所以聯通就搞起了IPRAN2.0，也就是增強IPRAN。IPRAN2.0在端口接入能力、交換容量方面有了明顯的提升。此外，在隧道技術、切片承載技術、智能維護技術方面也有很大的改進和創新。中國聯通一直都在做IPRAN 2.0規範的功能驗證和性能測試，總體情況看上去也還好。

以上，就是國內三大運營商5G中回傳承載網方案情況。承載網作爲通信網絡的軀幹，涉及到大量的資金投入，運營商肯定會充分考慮資源複用、建設成本以及產業成熟度等多方面因素，慎重選擇最適合自己的方案。

5G承載網絡面臨的主要創新是超大帶寬、超低時延和聯合管控三個問題，主要包括以下幾個方面：

大帶寬：帶寬是5G承載網最基礎和最重要的技術指標。空口的速率提升了幾十倍，承載網相應也要大幅提升。

低時延、高可靠性：5G很多場景都提出了“6個9級別”（99.9999%）的可靠性要求。承載網也必須服務於這樣的要求，還要有足夠強大的容災能力和故障恢復能力。

易於運維：5G承載網將會無比巨大，設備數量多，網絡架構複雜。如果網絡不能夠做到靈活、智能、高效、開放，那對於運營商和運維工作人員來說就是一場噩夢。

支持切片：切片是5G網絡核心能力。承載網當然也必須支持切片。

圖2：網絡切片架構圖

從整體上來看，除了前傳之外，承載網就是主要由城域網和骨幹網共同組成的。而城域網，又分爲接入層、匯聚層和核心層。

圖3：承載網結構圖(範例)

爲解決基站超大帶寬數據傳輸問題，需提升網絡容量。5G中低頻基站所需傳輸帶寬爲2~5Gbit/s，是4G基站的10-15倍左右。我國基站接入環線路帶寬需從現網的大量1Gbit/s和少量10Gbit/s，快速擴容或新建到50Gbit/s乃至100Gbit/s；核心和匯聚層網絡帶寬需要通過建設多個100Gbit/s、200Gbit/s乃至400Gbit/s系統，滿足Tbit/s容量要求。從5G承載網核心層、匯聚層、接入層的組網形態基本是環形組網，其功能也完全是在MAC層進行。

圖4：IPRAN 5G的典型組網

但是到了6G太赫茲基站的組網就出現了顛覆式挑戰，6G的太赫茲基站大約是一個太赫茲基站的速率就達到100G比特/S—1T比特/S級別，一個接入環就達到10T的級別。按照日本技術專家的估計，6G太赫茲基站覆蓋同樣一片區域的基站數是現在基站的數十倍，甚至數百倍。現在的SPN、M-OTN、IPRAN和環形組網都無法滿足。所以，隨着6G太赫茲到來無線蜂窩架構的坍塌，傳統的承載網的SPN、IPRAN就會隨之坍塌。其組網方式也會出現新的模式。而光纖直驅、WDM、星型組網將成爲主流。

6G巨大容量的場景，像大型綜合商業體、密集工業應用、全息通信等等的基站接入端會迅速匯聚到邊緣數據中心，採用光纖直驅和星形組網成本和部署更爲方便。從邊緣數據中心匯聚到大型數據中心採用WDM組網更爲合適。在這種場景下，光數轉換（傳統是光模塊）、光交換的技術會發生變革。例如，硅光子技術就可以徹底改變傳統光模塊高成本的問題，同時接入端距離在2-10公裏的邊緣數據中心可採用高調製指數的調製解調。另外對於各數據中心的業務調用和交換，硅光子技術（光技術與電技術密切融合）可謂有着得天獨厚的優勢。

英特爾硅光產品部副總裁兼總經理Hong Hou博士說道，“我們的超大規模雲客戶目前正在使用英特爾的100G硅光收發器，以大規模提供高性能的數據中心基礎設施。通過將此技術擴展到數據中心以外網絡邊緣的5G基礎設施，我們可以爲通信服務提供商提供了同樣的優勢，同時支持5G的前傳帶寬需求。”

在以數據爲中心的時代，轉移、存儲和處理數據的能力是最重要的。英特爾的100G硅光解決方案通過提供快速、可靠和經濟高效的連接能力而提供巨大的價值。工業界向5G的轉變，以及視頻流等現有網絡流量的快速增加，正在擴展的頻譜範圍壓力，包括毫米波、大規模MIMO和網絡密集化，讓現有的通信基礎設施越來越緊張。英特爾最新的100G硅光收發器可滿足5G無線前傳應用的帶寬需求。這些收發器旨在滿足蜂窩塔的惡劣戶外條件，從而支持光學傳輸到最近的基帶單元或中心局（最長10公裏）。英特爾集成激光進入硅芯片的方法使其硅光收發器適合如5G基礎設施攀升帶來的大規模生產和部署。針對5G無線基礎設施的英特爾硅光收發器樣品現已上市。

可以想象，未來到了6G，太赫茲基站到邊緣數據中心完全可達到400G-1T傳輸容量。在6G基站直接封裝硅光芯片，直接回傳到邊緣數據中心-MEC。邊緣數據中心到匯聚數據中心以及到大型冷備份數據中心也會大量採用硅光芯片設備完成全光交換。

所以，到了6G，技術競爭力不但要衡量太赫茲無線技術，硅光芯片水平一定也是衡量6G競爭力的關鍵技術。

三、 蜂窩坍塌對無線接入變革之猜想

移動通信無線部分從1G到5G經歷了從模擬到數字多次變革。其中多址方式的變革波瀾壯闊。

第一代頻分多址FDMA（Frequency Division Multiple Access/Address）把系統帶寬分成若幹個子帶，通過給不同的用戶分配不同的頻率子帶，即頻率複用，並利用帶通濾波器來進一步減少不同用戶之間的幹擾，但頻譜利用率低，設備複雜，容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質量不高、不能提供數據業務和不能提供自動漫遊等。

第二代時分多址。時分多址TDMA（time division multiple access）把時間分割成互不重疊的時段（幀），再將幀分割成互不重疊的時隙(信道)與用戶具有一一對應關係，依據時隙區分來自不同地址的用戶信號，從而完成的多址連接。這是通信技術中基本多址技術之一，一種數字傳輸技術，將無線電頻率分成不同的時間間隙來分配給若幹個通話。在2G（爲GSM）移動通信系統中多被採用，衛星通信和光纖通信的多址技術中。TDMA較之FDMA具有通信口號質量高，保密較好，系統容量較大等優點，但它必須有精確定時和同步以保證移動終端和基站間正常通信，技術上比較複雜。

第三代碼分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess），它是在數字技術的分支——擴頻通信技術上發展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術。CDMA技術的原理是基於擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據，用一個帶寬遠大於信號帶寬的高速僞隨機碼進行調製，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調製併發送出去，它的特點提高頻譜效率、有極強的抗幹擾能力。

第四代空分多址SDMA（Space Division Multiple Access），也稱爲多光束頻率複用，通過標記不同方位相同頻率的天線光束來進行頻率的複用，並實現了無線電波的波速賦形，大大提高了無線通信的效率和帶寬。4G系統能夠以100Mbps的速度下載，上傳的速度也能達到20Mbps，並能夠滿足幾乎所有用戶對於無線服務的要求。4G手機傳遞信息依靠的是電磁波來實現的。到了5G時代延續採用了SDMA的多址方式，只是隨着IT和CT的融合，提高了空分和波速賦形的規模，達到了64-192天線的空分和波速賦形。被稱爲彰顯5G硬件殺器和算力及智能算法的Massive MIMO。

值得注意的是調製解調技術QPSK到不斷加碼的4QAM-256QAM高階調製解調方式。

正是由於這些技術的發展和演進才成就了我們今天得以自豪的第五代移動通信。

除了日益精進的多址方式、複用方式、高調製解調技術。爲了實現蜂窩網的連續覆蓋，在其幀結構中從2G-5G都使用了大量時頻資源完成無線網絡隨機接入、空口測量（包括5G的波束賦形的對用戶測量溝通）、RRC連接、鑑權、無線資源管理、移動性管理等信令開銷，以當前主流的幾種5G幀結構配置爲例，不同幀結構的配置下，系統的上下行開銷均由各種信道指示及測量信息、隨機接入信道消息、上下行控制信道消息、廣播信道消息以及調製解調參考消息等所佔符號數佔比決定，但根據幀結構的不同系統信令開銷佔比也有所差異，整體來講上下行開銷佔比大約爲20%-28%。也就是說系統利用了20%-28%的時頻資源完成系統消息廣播、基站與手機對接握手（不管你是否在打電話或上網，實時的信令鏈接）、手機終端的合法鑑權、手機與手機或手機與互聯網站專屬通信通道、手機或終端的通信時長和流量計費依據、爲了消除基站同頻幹擾的基站之間的協同（宏基站協同，宏微基站協同，室外與室內基站的協同）、尤其是爲了實現4G-5G時代MIMO（多天線與賦形技術）需要對手機或終端的測量與交互。而且爲了完成這些信令交互要花費大量的功率即耗去大量的電力資源！（這也是在6G中是否能節能減排、打造綠色無線網絡的重要指標）長久以來，無論如何，花費這麼多的頻譜資源保證了無線蜂窩網絡暢通、高質量、多業務、高效率的通信，奠定了2G-5G移動通信基礎和輝煌。

現在問題來了，6G通信系統使用了毫米波、太赫茲、可見光基站頻率從20G-300G甚至更高，覆蓋距離10-50米（有效組網覆蓋距離，以邊緣速率而定）基站多如牛毛，是否還要傳承傳統2G-5G的信令開銷呢？在現代大帶寬、大數據、北鬥/GPS的今天，我的結論是不需要傳承傳統無線蜂窩網絡架構下這麼多的信令開銷!爲什麼？我們來分析：

1、首先傳統無線蜂窩網絡要完成廣播、終端尋址的交互（雙向交互）、鑑權和建立終端與終端的專屬信道鏈接。而在6G這麼密集的基站、這麼大帶寬的背景下完全沒有必要，只要終端向基站單獨發出信號報到即可，當終端向基站報到時就在大數據庫裏留下其行爲軌跡，足可以完成尋址的功能。其次，充分的互聯網應用和各行業應用越來越顯示了登錄自主在線或實時在線的行爲舉止，完成通信鏈接成爲終端自主的行爲，只要在線就不需要尋址，而且可以在網絡層以上完成了鑑權與鏈接（例如，我們跟遠在千裏之外的親人或朋友在互聯網通信，如微信視頻、微信通話需要知道他的物理位置在那個基站下嗎？需要所謂的尋址嗎？完全不需要，只需要在無線寬帶環境下你在線了即可）。在其終端登錄時就自然利用網絡層以上信令完成鑑權，也不需要在無線網絡內部的MAC層完成鑑權。最後，手機或終端通信時長和流量也完全可以網絡層以上的業務計量來解決，而不需要在無線蜂窩網內部的MAC層去利用複雜的定時、定位交互來解決。

2、無線蜂窩網絡因頻率資源而採用了頻率複用，爲了消除基站間同頻幹擾及其它繞射、反射的幹擾需要基站間的交互和協同，就像在北上廣等大型城市的交通規劃一樣，有各種紅綠燈、單雙行道和各種立交橋，完成交通的安全，但耗費的資源和成本也是巨大的。到了6G時代的毫米波、太赫茲，頻譜資源豐富，各種不同帶寬的業務完成可以採用跳頻技術來完成。（例如，太赫茲到了100G-300G頻段其可用於通信的相對帶寬10G-30G左右，其業務速率可達到100G-1T左右，完全可以通過不同業務速率和頻段的跳頻技術來完成，這樣就可大大簡化需要基站協同所花費的資源開銷。同時可以大大降低無線網絡和基站的成本！）

3、固然在未來6G通信還要用到多天線的MIMO技術來增加覆蓋的距離和用戶無線賦形提高頻譜效率和用戶通信質量，也未必要採用傳統的測量交互技術，而應該利用北鬥/GPS定位技術和密集基站的終端報到的大數據行爲軌跡來代替基站與終端的測量技術來感知用戶的方式來完成MIMO的用戶賦形，達到既可以減少這部分信令開銷，節省頻譜資源，又可以大幅度的降低耗電和基站成本。這樣做才能非常有效的完成6G基站即插即用，即使有些行業應用需要組織高質量的局部網略也可以利用網絡層以上（即無線雲來鎖定和部署）信令來完成。

通過以上分析，在6G時代的太赫茲系統完全可以顛覆無線蜂窩網絡的系統架構，我把它稱之爲“蜂窩坍塌”。而蜂窩坍塌的核心在於無線蜂窩網絡基站內部的傳統架構坍塌，也就是其無線幀結構協議棧坍塌，我理想中的無線網絡信令資源開銷大約是5%左右。

雖然我們還在探討6G有哪些潛在的關鍵技術，但可以看到這樣的顛覆可以完成諸多專家暢想的全息通信、AR/VR、智慧網絡、基站即插即用、分佈式自組織網絡等等的場景化業務。而且可以：

1、大幅降低由於各種開銷所帶來頻率浪費，提高頻譜利用率（這是無線仁人志士一直追求的夢想）；2、大幅降低由於各種信令交互所帶來的時延；3、大幅降低傳統蜂窩架構帶來的耗電；4、大幅降低6G網絡部署和基站的成本。當然這是對室外宏基站而言，對室內覆蓋需要，特別對待室內定位定時技術，一般而言是在無線幀結構裏進行安排實現，爲什麼不能用更低頻段的藍牙技術來完成呢？

蜂窩坍塌後，需要創新的架構和協議棧、技術、產品才能完美的匹配現在正在發生重大變局的雲計算、大數據、人工智能、1-5納米芯片、各行各業自主應用、天地一體化、6G與5G（廣域覆蓋）協同和演進。

第三章

蜂窩坍塌對未來網絡架構及與傳統蜂窩網絡共存和協同之思考

一、 蜂窩坍塌後未來網絡架構之猜想

前面幾章分析了6G時代的毫米波、太赫茲頻段的地面蜂窩網絡坍塌的可能。那麼要問蜂窩網絡坍塌之後，毫米波、太赫茲頻段的無線網絡架構是怎樣的？協議棧如何創新？產品形態如何？正是業界最爲關注的事。

6G太赫茲基站組網有效覆蓋只有10米-50米左右（由邊緣速率決定），覆蓋一片區域，基站多如牛毛，蜂窩網絡的MAC層鏈接組網架構和協議棧必然坍塌。而且，在新的雲時代，大大小小的數據中心、北鬥定位定時、硅光子爲基礎的全光網絡承載、人工智能等元素的環境下，在6G時代的功能願景是：沉浸化、智慧化、全域化、即插即用、自組織AI無線網絡等全新趨勢。

例如，雲化XR、全息通信、感官互聯、智慧交互等沉浸化業務應用不僅可爲用戶帶來更加身臨其境的極致體驗，滿足更高層次的交互需求，還可爲醫療健康、工業生產、現代農業等領域帶來革命性的變革；通信感知、普惠智能、數字孿生等智慧化業務推動人類進入虛擬化的數字孿生世界；全域覆蓋業務藉助6G構建的全球無縫覆蓋的空天地一體化網絡，可以真正實現人類全域寬帶移動通信的夢想。

所以，6G毫米波、太赫茲、可見光等無線基站的網絡架構：

圖5：未來無線網絡架構

(1)傳統的核心網全面雲化（大大小小的數據中心）：把傳統核心網完成的MAC層的種種功能提升至網絡層以上，把傳統的核心網徹底遷移到雲端，而且CT和IT的快速融合以實現真正意義上的虛擬化、分佈式、SDN化成爲不可逆轉的趨勢。這樣才能爲運營商提供更靈活和可擴展的服務模型；纔可能完全藉助雲計算、大數據、邊緣計算MEC完成隨意組網和行業的個性化服務；才能大幅度的降低基礎設施建設和維護成本；才能通過AI人工智能實現建設運營自動化和向客戶提供差異化的服務產品。

(2)承載網絡的全光化：正是由於6G時代的毫米波、太赫茲，可見光基站覆蓋距離短（有效組網覆蓋距離10-50米左右）、基站多如牛毛（傳統宏蜂窩基站的數倍、甚至數十倍）、基站上下行速率高（100G-1T），傳統的承載PTN/SPN、IPRAN必然不適應而被淘汰，傳統的光模塊以及光的數模轉換已無法適應蜂窩坍塌後6G的無線基站回傳和大規模數據中心的遠距離調用和交換。業界硅光子技術快速發展爲這一需求展現了極爲廣闊的前景。未來承載網絡會變爲以大規模數據中心調用與交換的核心層（它會以長距離傳輸和交換爲主）和以無線接入（包括家庭有線光接入）回傳到次數據中心（其重點是邊緣計算MEC）的接入層的兩層網絡。而應用極爲廣泛和重要的承載接入層會利用硅光子技術把光的數模轉化、光調製解調、光的交換都融爲一體。會作爲一塊光的SOC芯片植入6G毫米波、太赫茲、可見光基站，把源源不斷的用戶數據和業務接納到MEC，並匯聚到大規模的數據中心聯合調用與交換。

(3)6G時代的毫米波、太赫茲、可見光基站是白盒化、即插即用化、智能化。它會呈現“微基站”產品形態，問題在於：1、硅光子、基帶、無線、人工智能一體化的“SOC基站”？2、以MEC爲匯聚節點的硅光子、基帶、人工智能爲核心的“IT BBU”+硅光子、無線調頻、MIMO爲核心的“微RRU”。

我認爲兩種形態都會存在。“SOC基站”用戶使用更方便，因爲它麻雀雖小五臟俱全，就像我們現在使用的光貓無線機頂盒一樣，可以在任何地點和環境下即插即用，可以通過雲計算或MEC實現白盒化的智能化組網，可以更方便的開展業務和服務，甚至獨享帶寬更高、時延更低的服務。但它的缺點首先要爲五臟俱全付出代價（因爲它是一種獨立運行的狀態），尤其人工智能算力會造成很大的浪費，其建設成本和運維成本會比較高。其次，爲了降低成本，製造商會在SOC一體化上下功夫，採用軟硬件垂直簡化，並且它與邊緣計算MEC的作用衝突，不方便增加人工智能算力和升級。而“IT BBU”+“微RRU”基站組網模式，其中“IT BBU”可以設置在MEC平臺內，可以更方便的實現近距離、本地化（分流）、低時延，就近接入合作夥伴網絡，或就近提供服務，滿足低時延、高帶寬的業務需求；實現方便快捷的服務，包括雲計算能力、雲存儲能力等；可以匯聚和分享感知能力，業務感知、網絡感知、位置感知、用戶感知；可以衆多用戶按業務需求智能化的分享無線帶寬和時延等無線資源和MEC算力安排。最重要的是，由於“IT BBU”+“微RRU”可在保障大帶寬、低時延、多鏈接狀態下，充分利用MEC完成人工智能算力、完成本地業務分流、完成MIMO的多天線賦形、完成多基站COMP、完成基站間的跳頻協同、完成終端之間的無線覆蓋和流量分享。還可以通過軟件升級的方式大幅度延長整個系統的壽命週期，從而大幅度降低建設和運維成本。

總之，未來網絡的架構必定會在傳統無線蜂窩網絡坍塌基礎上發生變革。它呈現了幾個關鍵的變革：以人工智能爲宗旨的核心網雲化、以硅光子爲基礎的全光網絡、以提高無線頻譜利用率爲追求的無線幀結構和無線協議棧徹底重構、以MEC爲重要節點的無線“ITBBU”+“微RRU”組網模式。

另外，“SOC基站”雖然不適合大規模或行業的局域無線網絡，但其即插即用、獨立分享、快速部署業務的特點，尤其是在家庭、各種小企業、應急通信方面有很大的優勢，仍是6G未來網絡可選的產品形態。

二、 傳統蜂窩網絡與未來網絡共存與協同

前幾章充分論述了傳統無線蜂窩網絡坍塌以及未來6G時代的毫米波、太赫茲、可見光基站的網絡架構以及協議棧的變革。那麼，未來網絡如何與傳統蜂窩網絡的共存與協同發展必將成爲一個重要的課題。

從宏觀方面看，移動通信網絡永遠追求更高的速率、更低的時延、更多的鏈接、更高的頻譜利用率、更低的使用成本、宏微覆蓋、天地一體化覆蓋、室內外聯合覆蓋。從微觀上看，6G時代的毫米波、太赫茲、可見光基站的未來地面網絡是傳統無線蜂窩網絡架構坍塌之後的革命性改變，但仍然逃不脫無線覆蓋這一移動通信的根本命題，這也是6G的未來網絡與傳統無線蜂窩網絡共存與協同的關鍵。傳統無線蜂窩網絡有非常好的宏覆蓋組網，而6G的毫米波、太赫茲、可見光基站是典型的微覆蓋組網，6G未來網絡與傳統無線蜂窩網絡共存與協同之路就是“宏微覆蓋”的有效融合。這樣才能發揮傳統無線蜂窩網絡宏覆蓋的巨大優勢，同時6G未來微覆蓋網絡可以發揮它更高速率、更低時延、更多鏈接、更大容量的優勢。而且融合與協同之後，可以根據用戶業務需求的不同來選擇不同的網絡、不同的業務流量、不同的業務保密等級，就像我們使用自來水一樣，你想要多大的水流量，你就擰開多大，我把它成爲“無線自來水系統”。

從2G發展到5G的傳統上看，新一代移動通信系統原則是兼容舊一代移動通信網絡系統，儘管爲了向下兼容，使得每一代移動通信系統越來越複雜，付出的代價很大，但由於它們都是傳承了傳統無線蜂窩網絡的架構和基本相似的協議棧，兼容會發揮更大的作用，可見要想讓傳統的無線蜂窩網絡架構向上兼容會付出極大的代價和時間成本。然而，6G時代的網絡架構變革無法向下兼容。6G未來網絡與傳統無線蜂窩網絡的無線“宏微覆蓋”是長期共存與協同的需要，其協同在哪個節點進行?很容易想到其協同節點在計算雲上。也就是不管是6G未來網絡，還是傳統2G到5G的傳統無線網絡都要在七層模型上層（網絡層以上）握手、融合、協同。那麼達到這樣握手、融合、協同就需要對傳統無線蜂窩網絡中的核心網進行改造，使之適應與6G未來網絡的共存與協同。即使傳統的無線蜂窩網絡長時期保留其在MAC層的各種功能和協議棧，也要在七層模型的上層使傳統無線蜂窩網絡與6G未來網絡在業務層完全融合與協同，使客戶能夠享受到無縫的業務體驗。

圖6：未來無線網絡與4/5G網絡協同架構

另外，毫米波的波長是1毫米-10毫米，頻率是28G-300G，全球規劃的毫米波頻譜是18G-70G左右（是現在Sub-6G使用頻段的5-10倍）與太赫茲頻段最爲接近，其設備形態和覆蓋距離已經具備了傳統無線蜂窩網絡坍塌的特徵，也是業界最期待應用到需要大帶寬、低時延、尤其是上行帶寬必備需求的各種特殊行業。它也是B5G和6G太赫茲頻段的銜接。因此，如果想在6G上有大的作爲，就應該從毫米波開始進行變革，重構其網絡架構和協議棧，爲未來6G網絡獨佔鰲頭奠定基礎。

後記

在對傳統無線蜂窩網絡坍塌進行腦洞大開的猜想和分析之後，想的更多的是肯定會引起熱議和巨大爭議。這樣做值得嗎？

從事了40多年的電信領域，見證了我們國家通信從一窮二白到電信大國，而今邁入電信強國。自改革開放初期，電信便成爲改革開放的橋頭堡。國內的企業從程控交換機起步，到計算機通信、光通信、移動通信，潮起潮落，波瀾壯闊，多少電信界的前輩和仁人志士不忘強國初心，忍辱負重，每日工作時間是西方電信人的數倍，學習模仿、精進創新、日夜趕超，纔有了今天的大好局面。以三大運營商、華爲、中興、大唐爲代表的民族電信企業創造了世界電信業的奇蹟。在移動通信領域從“1G空白、2G跟隨、3G突破、4G並跑、到5G領先”進行了艱苦卓絕、逆襲翻盤的壯舉。終於使中國全球3GPP的5G標準的必要專利佔全球第一，產品形態和軟硬件、大規模應用佔全球第一，第一次使得我國在一個領域裏，從技術標準、產品、大規模應用全面領先於西方（絕無僅有），爲我國的改革開放、建成小康社會、建設科技強國做了不可磨滅的貢獻！

作爲遏制中國戰略的一部分，美國在5G應用毫米波的基礎上，開始了5G甚至6G的變革，建立了6G聯盟（把華爲、中興排除在外）。美國的ATIS表示：“我們6G聯盟是爲了在未來讓北美的移動技術創新更上一層樓，並且奠定一個充滿活力的市場基礎，在5G 和6G 發展中確立北美卓越的貢獻地位。”由此可見，美國對待此事也是一種針對中國5G的態度。事實上也的確是中國近年來發展十分迅猛，不得不讓坐慣世界“領跑者”寶座的美國警醒，從而開始處處針對中國，對華爲、中興等民族企業痛下“殺手”。更值得警惕的是美國在遏制中國的同時，開始了奮起直追。

百尺竿頭更進一步，2019年11月3日，科技部會同國家發展改革委、教育部、工業和信息化部、中科院、自然科學基金委在北京組織召開6G技術研發工作啓動會。會議宣佈成立國家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技術研究佈局建議與技術論證，爲重大決策提供諮詢與建議。6G技術研發推進工作組和總體專家組的成立，標誌着我國6G技術研發工作正式啓動。

未來6G的標準、專利、技術、設備形態、大規模應用、6G應用業務願景上已經開始了沒有硝煙的戰爭！同時，要看到美國畢竟是全球領先的科技大國，並在6G網絡的架構、技術、材料、產品開始勵志圖新，例如，AI&T雲化核心網的變革；硅光子技術的日益精進；無線基站白盒化創新無一不在重構6G的網絡架構和協議棧，想在6G標準上重奪話語權！

我們的產學研不能沉浸在5G的領先氣氛中，面對前所未有的變革，要重視“傳統無線蜂窩網絡坍塌”後的6G未來網絡架構和協議棧的重構！不能沒看到或看到了不以爲然，錯失與時俱進、敢於揚棄、不斷創新的機會。

而今邁步從頭越，未雨綢繆，再立杆頭！希望助推我國未來的6G更好發展和產業領先！