四十年的无线通信
1983年,Motorola的DynaTAC 8000X成为第一部商业化销售的蜂窝手机,提供三十分钟的通话时间,但设备重达近两磅。它连接的网络是第一代蜂窝基础设施,称为1G,仅覆盖美国的一小部分,只支持语音通话。四十年后,从那些最初的蜂窝装置发展而来的无线网络连接了将近80亿个设备,实现了其创造者无法想象的技术,并正在为可能完全改变网络本质的第六代做准备。
IEEE Spectrum对无线网络四十年演变的回顾追踪了不仅仅是从1G模拟语音到5G毫米波宽带的技术进步,还追踪了每一代无线基础设施如何重塑经济活动、文化行为和建筑环境的方式。这个故事讲述的是能力的累积,其中每一代都解决了其前代的局限性,并为下一个飞跃创造了条件。
跨越四十年出现的模式是大致十年左右的代际循环,每一代都带来了大约十倍的数据吞吐量改进,并实现了根本上全新的应用类别。2G数字化了语音并引入了SMS。3G实现了移动互联网接入和应用生态系统。4G使移动视频流传输成为可能,并引发了平台经济。5G正在实现大规模IoT部署和超低延迟应用。6G承诺增加一些本质上不同的东西:一个能主动感知和推理物理世界的网络。
1G到3G时代:从语音到数据
按照现在的标准,第一代蜂窝网络简单得如同原始一样。模拟语音编码意味着通话可能被扫描仪拦截,网络容量有限,蜂窝塔之间的切换不可靠。但1G解决了它设计目的要解决的根本问题——无线语音通信——并为后续世代的网络创造了商业和监管基础。
1990年代初期向2G的过渡引入了数字语音编码,大幅改进了通话质量、安全性和频谱效率。更重要的是,它引入了短消息服务(SMS),这成为了第一个广泛使用的移动数据应用——一个最初为网络工程目的设计的系统,消费者比其设计者预期的更快地将其用于人际交流。SMS预示了一个模式,这个模式会在每一代中重复:推动采用的应用往往不是网络设计者预测的那些。
3G在2000年代初期的推出开启了移动互联网时代,尽管初期部署在实践中往往令人失望,尽管数据显示速度令人印象深刻。3G的关键贡献是为宽带移动数据建立了技术和监管先例,创造了4G将推动的智能手机革命成为可能的生态系统条件。iPhone在2007年在2G和早期3G网络上推出,展示了引人注目的应用程序甚至可以在这些网络完全部署之前就为更好的网络产生需求。
4G革命和平台经济
4G LTE在2010年代初期大规模部署,以3G承诺但未能实现的方式进行了转变。一致的宽带速度使移动视频流传输成为现实,使Netflix、YouTube和随之而来的短视频平台成为主流媒体消费渠道。移动电商、拼车、食品配送以及整个平台经济基础设施都依赖于4G为移动中的人类手持设备传输快速、可靠数据的能力。
经济后果是巨大的。建立在物理分配上的产业——零售、出租车、酒店预订、餐厅配送——面临来自平台业务的破坏,这些业务只需要4G连接和智能手机无处不在就能运营。使这些平台强大的网络效应是由4G覆盖的无处不在实现的,这创造了使按需服务在大规模上经济上可行的互联人口密度。
到了2019年左右5G部署认真开始的时候,很明显无线基础设施已成为早期世代未完全预期的基础经济基础设施。对于5G和6G的问题不仅是如何改进性能,而是如何设计能够支持完全互联世界所需的越来越多样化和苛刻应用的网络。
5G的承诺和6G的前沿
5G在兑现一些承诺的同时在其他方面也有所不足。吸引最多营销关注的超快速毫米波5G由于其短范围和建筑物穿透限制而部署受限。中频段5G在城市地区取得了有意义的性能改进,并正在实现代表5G最强商业用例的大规模IoT部署和私有网络应用。
6G研究始于2020年左右的大学和国家实验室,指向了对无线网络是什么的根本不同愿景。6G网络不是简单地在设备之间传输数据,而是设计用来主动感知其环境——使用无线电信号进行高分辨率环保制图,实现能够知道它们所服务的空间的物理几何形状并能够本地计算以及连接设备的网络。
这种感知能力与AI在网络堆栈的每一层的整合相结合,将创建研究人员所谓的智能网络架构——不仅仅传输数据,还主动参与其连接的分布式计算环境的基础设施。对于自主车辆、工业机器人、远程手术和沉浸式扩展现实等应用的含义可能与4G对平台经济的影响一样深远,尽管按照目前的预测,商业6G部署仍需要十年。
四十年教会我们什么
回顾四代无线基础设施,最一致的教训是,每一代的变革性应用从前一代的角度来看是不可能预测的。1G网络的设计者没有预料到SMS。3G的架构师没有预见到Uber。指定4G的工程师没有预测到TikTok。这段历史应该激发的谦虚对于我们如何评估关于6G将实现什么的声明很重要——以及我们如何构建将决定下一代应用如何快速和公平地到达将从中受益的人员和行业的监管和投资框架。
本文基于IEEE Spectrum的报道。阅读原始文章。
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