你應該了解的6G技術：華為等巨頭都已布局
據外媒iPhone手機incanada 8月14日報道，位于加拿大渥太華的華為實驗室已經開始研究6G網絡技術。據悉，該研究中心是華為全球5G研究四大核心機構之一。十多年來前，華為一直和加拿大13所大學及科研機構聯合研究新技術，華為至少投入了5000萬加元（約合人民幣2.63億）資助大學研究。華為董事長梁華曾表示，華為在2019年將加大科研投入，估計支出超過1200億人民幣。報道稱，華為在渥太華的6G技術研究還處于早期階段?，F在，華為正在與加拿大大學的研究人員討論開發(fā)下一代無線系統(tǒng)的問題。華為的暫定6G計劃表明，在2030年之前將不會有真正的6G技術。今年6月，諾基亞，愛立信和SK電訊宣告建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，共同致力于6G開發(fā)的備忘錄。那么什么是6G呢？未來為我們有哪些影響呢？筆者在這里科普一下。6G，即第六代移動通信標準，一個概念性無線網絡移動通信技術，也被稱為第六代移動通信技術。主要促進物聯網的發(fā)展。6G網絡將是一個地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界。通過將衛(wèi)星通信整合到6G移動通信，實現全球無縫覆蓋，網絡信號能夠抵達任何一個偏遠的鄉(xiāng)村，讓深處山區(qū)的病人能接受遠程醫(yī)療，讓孩子們能接受遠程教育。此外，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電信衛(wèi)星系統(tǒng)、地球圖像衛(wèi)星系統(tǒng)和6G地面網絡的聯動支持下，地空全覆蓋網絡還能幫助人類預測天氣、快速應對自然災害等。這就是6G未來。6G通信技術不再是簡單的網絡容量和傳輸速率的突破，它更是為了縮小數字鴻溝，實現萬物互聯這個“終極目標”，這便是6G的意義。去年9月在北美舉行的世界移動通信大會上，美國聯邦通信協會專員Jessica Rosenworcel女士表示：“6G將運用太赫茲（THz）頻段，且6G網絡的“致密化”程度也將達到前所未有的水平，屆時，我們的周圍將充滿小基站。什么是太赫茲太赫茲頻段是指100GHz-10THz，是一個頻率比5G高出許多的頻段。從通信1G（0.9GHz）到現在的4G（1.8GHZ以上），我們運用的無線電磁波的頻率在不斷升高。因為頻率越高，允許分配的帶寬范圍越大，單位時間內所能傳遞的數據量就越大，也就是我們通常說的“網速變快了”。不過，頻段向高處發(fā)展的另一個主要原因在于，低頻段的資源有限。就像一條公路，即便再寬闊，所容納車量也是有限的。當路不夠用時，車輛就會阻塞無法暢行，此時就需要考慮開發(fā)另一條路。頻譜資源也是如此，隨著用戶數和智能設備數量的增加，有限的頻譜帶寬就需要服務更多的終端，這會導致每個終端的服務質量嚴重下降。而搞定這一問題的可行的方式便是開發(fā)新的通信頻段，拓展通信帶寬。為什么說6G時代網絡將“致密化”，我們的周圍會充滿小基站呢？這就涉及到了基站的覆蓋范圍問題，也就是基站信號的傳輸距離問題。一般來說，影響基站覆蓋范圍的原因比較多，比如信號的頻率、基站的發(fā)射功率、基站的高度等。就信號的頻率而言，頻率越高則波長越短，所以信號的繞射能力（也稱衍射，在電磁波傳播過程中遇到障礙物，這個障礙物的尺寸與電磁波的波長接近時，電磁波可以從該物體的邊緣繞射過去。繞射可以幫助進行陰影區(qū)域的覆蓋）就越差，損耗也就越大。并且這種損耗會隨著傳輸距離的增加而增加，基站所能覆蓋到的范圍會隨之降低。6G信號的頻率已經在太赫茲級別，而這個頻率已經進入分子轉動能級的光譜了，很容易被空氣中的被水分子吸收掉，所以在空間中傳播的距離不像5G信號那么遠，6G需要更多的基站“接力”。5G運用的頻段要高于4G，在不考慮其他原因的情況下，5G基站的覆蓋范圍自然要比4G的小。到了頻段更高的6G，基站的覆蓋范圍會更小。因此，5G的基站密度要比4G高很多，而在6G時代，基站密集度將無以復加。空間復用技術在技術上，6G將運用“空間復用技術”，6G基站將可同時接入數百個甚至數千個無線連接，其容量將可達到5G基站的1000倍。前面說到6G將要運用的是太赫茲頻段，雖然這種高頻段頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大。但是運用高頻率載波的移動通信系統(tǒng)要面臨改善覆蓋和減少干擾的嚴峻挑戰(zhàn)。當信號的頻率超過10GHz時，其主要的傳播方式就不再是衍射。對于非視距傳播鏈路來說，反射和散射才是主要的信號傳播方式。同時，頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，繞射能力越弱。這些原因都會大大增加信號覆蓋的難度。不止是6G，處于毫米波段的5G也是如此。而5G則是通過Massive MIMO和波束賦形這兩個關鍵技術來搞定此類問題的。我們的手機信號連接的是運營商基站，更準確一點，是基站上的天線。Massive MIMO技術說起來挺簡單，它其實就是通過增加發(fā)射天線和接收天線的數量，即規(guī)劃一個多天線陣列，來補償高頻路徑上的損耗。在MIMO多副天線的配置下可以提升傳輸數據數量，而這用到的便是空間復用技術。在發(fā)射端，高速率的數據流被分割為多個較低速率的子數據流，不一樣的子數據流在不一樣的發(fā)射天線上在相同頻段上發(fā)射出去。由于發(fā)射端與接收端的天線陣列之間的空域子信道足夠不一樣，接收機能夠區(qū)分出這些并行的子數據流，而不需付出額外的頻率或者時間資源。這種技術的好處就是，它能夠在不占用額外帶寬、消耗額外發(fā)射功率的情況下增加信道容量，提升頻譜利用率。6G還在起步階段，剛剛開始研究，甚至沒有清晰的概念定義，其關鍵技術仍在摸索之中?！睂I(yè)人士告訴記者，從開始研究到技術成熟需要時間。歐盟在2013年就啟動了METIS項目（2020年信息社會與移動無線通信助推器），開展5G的研究。但直到2015年項目結束，關鍵技術都沒有完全確定。“作為一名無線通信研究者，我相信6G總有一天會到來，但現在仍是完善5G、探索6G的階段?！薄疤掌澅缓芏嗳苏J為是6G的關鍵技術之一。事實上，太赫茲能否用于無線通信還在論證。”據專業(yè)人士介紹，之前太赫茲主要用來雷達探測、醫(yī)療成像，用于無線通信也是近兩年才開始研究。它的特點就是頻率高、通信速率高，理論上能夠達到太字節(jié)每秒（TB/S），但實際上哪種使用需要如此高的網速尚無定論。而且太赫茲有顯著的缺點，那就是傳輸距離短，易受障礙物干擾，現在能做到的通信距離只有10米左右，只有搞定通信距離問題，才能用于現有的移動通信蜂窩網絡。此外，通信頻率越高對硬件設備的要求越高，需要更好的性能和加工工藝。這些技術難題短時間內很難搞定。路線方案尚需驗證“現在，國際通信技術研究機構相繼提出了多種實現6G的技術路線，但這些方案都處于概念階段，能否落實還需驗證?！睂I(yè)人士表示，奧盧大學無線通信中心是全球最先開始6G研究的機構，現在正在從無線連接、分布式計算、設備硬件、服務使用四個領域著手研究。無線連接是利用太赫茲甚至更高頻率無線電波通信；分布式計算則是通過人工智能、邊緣計算等算法搞定大量數據帶來的時延問題；設備硬件主要面向太赫茲通信，研究對應的天線、芯片等硬件；服務使用則是研究6G可能的使用領域，如自動駕駛等?！艾F在也只是有這四個方向，具體的細節(jié)還沒有明確”。據了解，韓國SK集團信息通信技術中心曾在2018年提出了“太赫茲+去蜂窩化結構+高空無線平臺（如衛(wèi)星等）”的6G技術方案，不僅使用太赫茲通信技術，還要徹底變革現有的移動通信蜂窩架構，并建立空天地一體的通信網絡。專業(yè)人士指出，SK集團提到的去蜂窩化結構是當前的研究熱點之一，即基站未必按照蜂窩狀布置，終端也未必只和一個基站通信，這確實能提升頻譜效率，瑞典林雪平大學的研究團隊最早提出了去蜂窩結構構想。但這一構想能否滿足6G時延、通信速率等指標，還需要驗證。除了SK集團，美國貝爾實驗室也提出了“太赫茲+網絡切片”的技術路線。這些方案在技術細節(jié)上都需要長時間試驗驗證。推廣使用成本高昂“無線通信進一步發(fā)展的大量投資必不可少。”專業(yè)人士談到，要提升通信速率有兩個方案：一是基站更密集，部署量增加，雖然基站功率可以降低，但數量增加仍會帶來成本上升。第二種方案就是運用更高頻率通信，比如太赫茲或者毫米波，但高頻率對基站、天線等硬件設備的要求更高，現在進行太赫茲通信硬件試驗的成本都非常高，超出一般研究機構的承受能力。另外，從基站天線數上來看，4G基站天線數只有8根，5G能夠做到64、128甚至256根，6G的天線數可能會更高，基站的更換也會提升使用成本?！安桓淖儸F有的通信頻段，只依靠通過算法優(yōu)化等措施很難實現設想的6G愿景，所有替換所有基站也不現實?！睂I(yè)人士認為，未來很有可能會采取非獨立組網的方式，即在原有基站等設施的基礎上部署6G設備，6G與5G甚至4G、4.5G網絡共存，6G主要用于人口密集區(qū)域或者滿足自動駕駛、遠程醫(yī)療、智能工廠等垂直行業(yè)的高端使用。其實，普通百姓對幾十個G、甚至太字節(jié)每秒的速率沒有太高的需要，況且如果6G以毫米波或太赫茲為通信頻率，其移動終端的價格必然不菲。筆者認為，作為下一代新的通訊技術6G現在還沒有系統(tǒng)化的標準。世界各大公司也僅僅是處于前期的探討、籌備階段。華為在此時就開始著手研究6G，從側面反映了該公司具有遠見，在5G時代領先世界，在6G時代也絕對不能落后。隨著科技的快速發(fā)展，相信在幾年后6G技術就會嶄露頭角。