本文来自半导体产业纵横。
imec研发连接副总裁Michael Peeters解释了为什么现在是决定6G成败的关键时刻。
即使是从事移动通信行业的人，也会这样的疑问：现在开始研究下一代硬件是不是为时过早？毕竟，6G的标准化可能要到2025年左右才开始。在那之后，至少还有五年时间来开发所需的技术。如果我们分配充足的预算和人才，这肯定没有问题吧？
的确，对于许多创新来说，有足够的时间。正如我们在前几代移动连接中看到的那样，一旦就技术要求达成一致，设备制造商、系统集成商、运营商和研究机构的共同努力就可以并将其实现。
但也有一些时间受限的任务。意思是：即使为了达成任务投入了更多的钱或更多的劳动力，但是这些也不会加速人物完成。法规的修订不能跳过正当程序的任何步骤，没有捷径可走，创建一个全新的半导体技术平台也是如此。
这意味着如果我们希望解决方案在我们制定6G标准时变得成熟，我们需要立即开始解决这些问题。而且毫无疑问，我们将需要这些创新。它们都是针对当前技术水平的数量级改进，就是我们所需要6G性能：速度、延迟和能源效率。
imec相信现在是时候开始致力于硬件创新的时候了,为了达到：
●频谱（和基础设施）共享
●cell-free massive MIMO(大规模分布式多输入多输出系统)
●通信与传感的融合
●转移到更高的频率
频谱和基础设施共享
云计算的成功表明，共享基础设施是提高整体性能和灵活性的一种经济有效的方式。但在网络世界中，类似的商业模式起步缓慢。有运营商共享基础设施的例子。在美国，他们中的一些人正在探索5G覆盖的许可频谱共享。尽管如此，频谱和基础设施孤岛仍然是常态。想要打破这种局面,需要运营商和监管机构做出改变——这是一项时间比精力更紧迫的任务。
展望6G，忽视频谱共享可以带来的收益是非常不聪明的想法。下图说明了单独隔离不共享的方法如何浪费了大量空间，如果系统协作以有效地平铺时频域，则可以充分利用这些空间。
频谱孤岛会导致频谱尺寸过大和浪费
当我们使用具有非常有针对性的光束和有限散射的极高频率的系统时，特定接收器的干扰机会要小得多。这意味着有更多的资源分配空间——以及更高的效率收益。
通过DARPA挑战和最近的ESA研究项目CODYSUN，我们已经掌握了所需的机器学习算法。但是运行机器学习需要在硬件方面进行一些改进。只有在边缘AI领域取得重大飞跃才能实现这一目标。
cell-free massive MIMO
如果没有不间断的服务，6G的许多用例是不可想象的。想想机器和人类灵活协作的工厂车间：即使是连接中的微小故障也会带来严重后果，甚至可能导致安全风险。但是由于超高频信号，如果没有极其密集的接入点网络，就无法实现全面覆盖。
最适合实现这一目标的无线电架构——大规模分布式多输入多输出系统MIMO——长期以来一直被定义为具有大量接入点的中央CPU，这些接入点直接连接到用户设备。最近，一种很有前途的新模式浮出水面，可以减轻基础设施的负担：共享总线，有点像连接所有接入点的电缆带。这将大大降低大规模分布式多输入多输出系统MIMO的成本。
为了使这项技术为6G做好准备，需要做出重要的设计选择，包括接入点中的计算集成、同步、供电等。还需要构建和测试第一个原型和演示器。为了简化这项任务，imec开发了其开源IEEE 802.11 Wi-Fi基带FPGA设计。这还增加了时间敏感网络(TSN)功能。
通信与传感的融合
一旦部署了密集的分布式基础设施，为什么不将其用于通信之外的其他用途呢？毕竟，无线传感和通信是同一枚硬币的两个方面。要破译未知数据，就必须考虑到传输通道。但是，如果传输的数据是已知的，您可以使用数据中的变化来确定发送者和接收者之间发生了什么——例如他们的相互距离或用户之间和周围的对象。
传感数据可用于通过提供空间上下文来改善和丰富交流。它是智能工厂或游戏室或办公室中的增强和混合现实等应用程序的理想设置。
联合通信和传感的概念非常简单。但它的实现将被证明是复杂的，尤其是在硬件方面。我们需要立即着手解决诸如载波和时钟同步、CPU复杂性、功耗和分配以及双工操作等问题。
转移到更高的频率
所有这些成就都围绕着最大的挑战：向超高频迈进——超过100 GHz。这将意味着更高的带宽、更多的方向性、更多的动态频谱共享机会，以及由于更小天线,在同一空间中有更高的天线增益。
为了实现所有这些优点，需要在最基本的硬件级别上进行根本改进，即射频设备中的晶体管。最重要的是，我们必须面对这样一个事实，即优质的成熟硅无法经济高效地处理我们向往的高频率。
如果有一个这样的射频前端模块：
足够小，可以放入时尚智能眼镜等，限制可能的天线数量
将其功耗限制在10W，甚至更低
那么唯一有效的材料是磷化铟(InP)。
目前，用于移动应用的成熟且具有成本效益的InP技术还不存在。一旦实现，我们仍将面临将其与CMOS集成的挑战，这仍然是数字信号处理(DSP)等组件的最佳选择。
在其高级射频计划中，imec正在应对这些挑战。目标是开发成熟、低成本、大容量和硅兼容的InP射频器件。这是一个在外延、器件、电路等层面上需要几个学习周期的过程……同样，等待不是一种选择。
一起让它成为现实
真正具有颠覆性的6G提供了几乎无法想象的社会效益，而不仅仅是通信。为了实现这一点，需要能够提供数量级收益并需要时间来开发的技术。这就是为什么imec认为现在就开始解决这些问题的原因。
“英特尔最终需要俄亥俄州，但在目前的情况下，延迟6个月对他们来说可能是最糟糕的事情，”他补充道。“也许他们只是建了一两栋楼，而不是他们最初计划的8栋。过去6个月世界发生了变化，事情并不像看起来那么美好。经济形势正在改变市场。”
