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标题: 6G：你想了解的都在这里了！ [打印本页]
作者: vgongye 时间: 2021-2-7 08:46
标题: 6G：你想了解的都在这里了！
2019年成了5G元年，韩国、瑞士、美国等多个国家今年上半年开始商用5G，中国也在6月份发放了5G牌照，提前一年开始运营5G，而且有望建设全球最大最先进的5G网络。虽然5G才刚刚起步，完整网络覆盖还需要几年时间，但是业界已经迫不及待探讨6G时代了，这将是5G之后的新一代网络技术，不过目前还处于畅想阶段，公认会在十年之后才有可能问世。
那6G到底会带来什么变化呢？
“在6G时代，或许我们在飞机上也能上网，同时不会影响飞行安全。登山运动员在登山遇到危险时，可实时发送位置信息与求救信号，不会出现时延。在海上航行时，船上的工作人员也不用担心与陆地失联，6G可保证其实时通信。”这是南京航空航天大学电子信息工程学院常务副院长吴启晖描绘的。
芬兰奥卢大学也联合70多位专家发表了6G白皮书，介绍了6G时代的网络特征和技术趋势。白皮书认为，与从1G到5G的前几次移动通信技术换代类似，6G的大多数性能指标相比5G将提升10到100倍。
白皮书给出了几个衡量6G技术的关键指标：峰值传输速度达到100Gbps-1Tbps，而5G仅为10Gpbs；室内定位精度10厘米，室外1米，相比5G提高10倍；通信时延0.1毫秒，是5G的十分之一；超高可靠性，中断几率小于百万分之一；超高密度，连接设备密度达到每立方米过百个。此外，6G将采用太赫兹频段通信，网络容量大幅提升。
从覆盖范围上看，6G无线网络不再局限于地面，而是将实现地面、卫星和机载网络的无缝连接。从定位精度上看，传统的GPS和蜂窝多点定位精度有限，难以实现室内物品精准部署，6G则足以实现对物联网设备的高精度定位。同时，6G将与人工智能、机器学习深度融合，智能传感、智能定位，智能资源分配、智能接口切换等都将成为现实，智能程度大幅度跃升。
5G才刚上，为什么6G就来了
5G愿景“信息随心至，万物触手及”，强调信息交互、万物可连接，而且连接对象集中在陆地10km高度的有限空间范围内。5G虽然在Rel-16版本开始研究并标准化非陆地通信网络（non-terrestrial networks，NTN)）技术特性，但NTN架构涉及的卫星通信网络与蜂窝网络标准及技术体系依然是彼此独立，需要通过专门的网关设备连接交互，其通信能力和效率很难满足十年后的“泛在连接”需求。为满足未来“泛在连接”需求，6G需要引入空天地海一体化网络，该网络将是一个有机整体，也即需要统一的标准协议架构和技术体系，真正实现空天地海一体化的“泛在连接”。
另外，5G海量连接特性（mMTC）强调连接数量，而不要求实时性；超可靠低时延特性（uRLLC）强调可靠性与实时性，但对连接数量和吞吐量没有需求，是以降低频谱效率和连接数量为代价实现的。而6G的“万物随心”愿景则同时需要海量连接、可靠性、实时性和吞吐量需求，因此，虽然6G愿景涵盖的基本概念中部分在5G已有涉及，但6G愿景提出了更高的目标，以满足未来全新的场景需求。
从商业、社会驱动因素来看5G的驱动力来源消费者不断增长的流量需求，以及垂直行业的生产力需求。本质上还是移动网络运营商驱动。
6G驱动因素包括商业和社会。社会因素包括政治、经济、社会、技术、法律和环境等方面的社会需求，以进一步促进数字社会的包容性与公平性，比如，让全球贫困人口、弱势群体和偏远的农村居民都能公平地享受到教育、医疗保健等服务。
相比5G，6G具有更广的包容性和延展性，因此6G的参与者将不只是传统运营商的，而会在传统运营商之外产生新的生态系统。比如，由于引入频段越来也高，网络越来越密集，针对垂直市场的本地网络将越来越普遍，这些本地网络将由不同的利益相关者部署，从而驱动“本地运营商”模式，繁衍出新的生态系统。
6G将颠覆哪些场景？
5G技术一直与延迟、功耗、部署成本、硬件复杂性、吞吐量、端到端可靠性和通信弹性等权衡因素联系在一起。然而到2030年及以后的市场将引入新的应用，在超高可靠性、容量、能效和低延迟方面有更严格的要求，可能会使传统无线系统技术的容量饱和。
尽管大规模通信、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等这些应用已经在5G中讨论过，但由于技术限制或市场不够成熟，它们很可能不会成为未来5G部署的一部分。上图展示了不同应用对低延迟、吞吐量、可靠性的需求。
从人与人、人与物、物与物的角度出发，将来6G将会被用于空间通信、智能交互、全息、触觉互联网、情感和触觉交流、虚拟助理、多感官混合现实、机器间的协同、身体域网络、全自动交通等场景。（具体用例参考《“浴霸”iPhone 11不支持5G，但6G已蠢蠢欲动！》一文）
XR体验
XR体验很可能由轻巧的眼镜提供，它们以高分辨率，帧速率和动态范围将图像投射到眼睛上。此外，通过耳机和触觉界面将感受反馈其他器官。
远程通信
远程全息技术通过实时捕获、传输和渲染技术，将身处不同地方的人的3D全息影像传送到同一位置，使大家如面对面坐在一起一样交流沟通。
联网自动驾驶汽车
未来网络中的每辆车都将配备许多传感器，包括相机，激光扫描仪，可能用于3D成像的THz阵列，里程表和惯性测量单元。算法必须快速融合来自多个来源的数据，判断周边人员，动物或建筑物的信息，以快速控制车辆避免碰撞或人员受伤。
6G三大关键技术
在“2018年世界移动通信大会·北美”上，Jessica Rosenworcel作为美国联邦通信协会(FCC)对外公开讨论6G无线服务的第一位专员，提出了6G的3大类关键技术，分别涉及到6G频谱、6G无线“超大容量”如何实现、6G频谱使用如何创新这3大方面。
6G将进入太赫兹频段
随着用户数和智能设备数量的增加，有限的频谱带宽就需要服务更多的终端，这会导致每个终端的服务质量严重下降。而解决这一问题的可行的方法便是开发新的通信频段，拓展通信带宽。就像一条公路，即便再宽阔，所容纳车量也是有限的。当路不够用时，车辆就会阻塞无法畅行，此时就需要考虑开发另一条路。
目前，我国三大运营商的4G主力频段位于1.8GHz-2.7GHz之间的一部分频段，而国际电信标准组织定义的5G的主流频段是3GHz-6GHz。到了6G，将迈入频率更高的太赫兹频段100GHz-10THz。
6G时代网络将“致密化”，我们的周围会充满小基站。5G时代据说就200米一个小基站了，6G会更多。影响基站覆盖范围的因素比较多，比如信号的频率、基站的发射功率、基站的高度等。就信号的频率而言，频率越高则波长越短，所以信号的绕射能力就越差，损耗也就越大。并且这种损耗会随着传输距离的增加而增加，基站所能覆盖到的范围会随之降低。
注：绕射也称衍射，在电磁波传播过程中遇到障碍物，这个障碍物的尺寸与电磁波的波长接近时，电磁波可以从该物体的边缘绕射过去。
此外由于6G信号的频率属于太赫兹级别，这个频率已经进入分子转动能级的光谱了，很容易被空气中的被水分子吸收掉，所以在空间中传播的距离不像5G信号那么远，6G需要更多的基站“接力”。
注：图片来源网易新闻
小编担心5G的基站已经很密了，6G的密度会变成什么？是否会有更多的辐射困扰？
空间复用技术
当信号的频率超过10GHz时，其主要的传播方式就不再是衍射。对于非视距传播链路来说，反射和散射才是主要的信号传播方式。同时，频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱。这些因素都会大大增加信号覆盖的难度。
不止是6G，处于毫米波段的5G也是如此。5G目前是采用Massive MIMO和波束赋形这两个关键技术来解决此类问题的。Massive MIMO主要是通过增加发射天线和接收天线的数量，即设计一个多天线阵列，来补偿高频路径上的损耗。
空间复用技术就是在MIMO多副天线的配置下来提高传输数据数量。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。由于发射端与接收端的天线阵列之间的空域子信道足够不同，接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源。
MIMO的多天线阵列会使大部分发射能量聚集在一个非常窄的区域。由于区域比较窄，不同波束之间的干扰会比较少。
但由于基站发出的窄波束不是360度全方向的，不能保证波束能覆盖到基站周围任意一个方向上的用户，此时可采用波束赋形技术。波束赋形就是通过复杂的算法对波束进行管理和控制，使之变得像“聚光灯”一样。这些“聚光灯”可以找到手机都聚集在哪里，然后更为聚焦地对其进行信号覆盖。
5G采用的是MIMO技术提高频谱利用率。而6G所处的频段更高，MIMO未来的进一步发展很有可能成为6G提供关键的技术支持。
动态频谱共享+区块链
欧美国家运营商获取频谱方式主要是频谱拍卖（频谱拍卖是指授权用户规划某一频段，对外进行公开拍卖，以公开竞价的方式，将该频段的使用权转让给最高应价者使用。）但频谱拍卖的分配方式难以胜任6G时代“对于频谱资源的高效利用”这一诉求，因为它存在授权用户独占频段而造成频谱闲置、利用不充分等问题。
为了合理配置频谱资源，使其得到高效充分的利用，美国FCC于2015年开展推动了动态频谱共享，在3.5GHz上推出CBRS(公众无线宽带服务)。通过集中的频谱访问数据库系统来动态管理不同类型的无线流量，以提高频谱使用效率。简单来讲，就是某一使用者不用的话，其他使用者可以接入使用，像共享单车一样，这样不仅能有效减少资源浪费，也可减少拥塞的问题。
目前CBRS联盟第3版将解决使用3.5 GHz频段共享频谱支持5G部署的问题。近期美国运营商Verizon与高通、爱立信已完成DSS 5G数据通话；AT&T在2018年9月就开始测试支持5G的CBRS设备。
不过到了6G时代，动态频谱共享显然还要在原有基础上继续发展。CBRS是通过集中式的数据库来支持频谱共享接入的，若系统能基于采用分布式数据库的区块链技术，探索使用区块链作为动态频谱共享技术的低成本替代方案，则不仅可以降低动态频谱接入系统的管理费用，提升频谱效率，还能进一步增加接入等级、接入用户数量等。区块链在6G中的应用，使用“去中心”的分布式账本来记录各种无线接入信息，将可进一步激发新技术创新，甚至“改变未来6G使用无线频谱的方式”。
除上述的三大技术，6G需要的技术还有很多。有专家认为要想提升带宽，就要依靠芯片技术和射频电路技术的发展。同时，还有专家指出，太赫兹芯片的散热问题也亟待解决。如今，芯片越做越小，而传输功率的增加会让芯片更容易“发烫”，所以微散热技术也亟待提升。
此外6G时代，我们可能需要固态电池、石墨烯电池等新电池技术；采取怎样的无线安全方案使得相关通信系统能够应对由量子计算机发起的攻击等等，包括此次白皮书提出的各种中注意事项，都需要我们不停地探索以完善6G。
6G研究进展
6G各国硝烟再起
中国：目前国内IMT2020新技术工作组已开始开展6G的总体研究，科技部2018-2019重点专项中11项与6G相关，信通院等单位牵头负责《后5G/6G系统愿景与需求研究》。2019年4月26日，毫米波太赫兹产业发展联盟在京成立，该联盟由信通院与产业界、科研院所等相关企业和专家共同筹建，旨在加快我国毫米波太赫兹产业发展，提升我国在通信领域的技术水平与产业化能力。同时由国家发改委、工信部、科技部共同支持举办的未来移动通信论坛（“Future论坛”）已发布《ApeekBeyond5G》等3本6G相关白皮书。ITU-T启动的FGNET2030研究，中国运营商也深度参与。2019年11月6日，6G技术研发工作启动会召开，国家6G技术研发推进工作组和总体专家组正式成立。
美国：6G的研发推进以 政 府 资助高校的模式为主，重点研发“融合太赫兹通信与传感”的项目。近期，美国联邦通讯委员会已经正式投票决定将太赫磁波开放给6G技术试验使用。
日本：6G的研究工作以国内最大电信运营商NTTDoCoMo为主体，主攻太赫兹、轨道角动量等方向。
韩国：主要由三星负责6G技术预研。据韩国亚洲日报6月4日报道，三星电子已经成立了新一代通信研究中心，由6G研究组等先导解决组和标准研究组构成。
欧盟：欧盟2017年成立由德国、希腊、芬兰、葡萄牙、英国等跨国TERRANOVA计划，明确提出研发超高速太赫兹创新无线通信技术。欧洲电信标准化协会（ETSI）也逐步开展6G基础技术的研究项目及其他研发方向的征询工作。
跨区域的合作：近日，索尼、英特尔和NTT（日本电话电报公司）宣布，它们将合作开发6G移动网络技术。
国内6G项目
2018年10月26日,科技部发布“宽带通信和新型网络”重点专项2018年度项目,专项实施周期为5年(2018-2022年)，总体目标是“使我国成为B5G无线移动通信技术和标准研发的全球引领者；在‘未来无线移动通信′方面取得一批突破性成果掌握自主知识产权”。涉及B5G/6G无线移动通信技术和标准硏发的项目一共有5个:
大规模无线通信物理层基础理论与技术(基础前沿类)；
太赫兹无线通信技术与系统(共性关键技术类)；
面向基站的大规模无线通信新型天线与射频技术(共性关键技术类)；
兼容C波段的毫米波体化射频前端系统关键技术(共性关键技术类)；
基于第三代化合物半导体的射频前端系统技术(共性关键技术类)。
6G玩家涵盖各领域巨头：运营商、学术界、工业界
中国移动第二次科技创新大会5月13日召开。工信部张峰总工程师提了三点建议,其中之一涉及“布局未来6G基础研究,助力关键核心技术突破“。9月17日,中国移动研究院召开“畅想未来”6G系列研讨会第一次会议,为业界寻找6G研究方向提供了重要的参考。在2019中国移动全球合作伙伴大会期间,中国移动研究院联合产业界共同发布了《2030+愿景与需求报告》,这是中国移动第一份6G报告。
中国联通网研院5G创新中心负责人冯毅日前在太赫兹通信技术研讨会上表示，网研院已经开始5G和6G通信技术的研究，中国联通太赫兹通信推进计划将分三步走。冯毅透露，中国联通还将牵头成立毫米波太赫兹联合创新中心，联合20家以上成员单位，制定10个以上太赫兹通信标准，打造3个以上的太赫兹示范项目（冬奥会），建立1个以上太赫兹通信开放实验室。
2018年12月,东南大学发布十大科学与技术问题,其中一个是“6G移动通信先期研究“包含6大研究方向：①开展智能移动通信硏究，探索基于大数据和人工智能的移动通信新型体系构架②开展大规模无线通信硏究探索速率容量和用户容量量级提升机理及理论方法。③开展毫米波/亚毫米波无线通信研究，系统地探讨其架构、理论、射频与天线阵列技术、以及核心器件。④开展大容量光无线通信硏究,探寻无线通信新技术,为满足大容量的业务需求,寻求低代价技术途径⑤开展宽带卫星移动通信研究,将5G移动通信技术及其演进技术拓展应用到宽带卫星移动通信场景⑥构建—体化试验平台,支撑6G移动通信理论与技术研究,承担国家相关科研任务。
据加拿大媒体在8月中旬的报道,华为已经开始在设于加拿大渥太华的研发实验室硏发6G技术。该实验室将助力引领华为在全球的6G发展。华为加拿大负责研究战略与合作伙伴关系的副总裁 Song Zhang素示：5G非常新，而‘研发6G’是所谓的‘5G演进’的部分。
中兴通讯投资组建了约40-50人的团队梳理“愿景”“需求”“重要指标关键技术”四个方面的工作以推进6G，系统研究6G网络架构、新频谱、新空口以及和人工智能、区块链等技术的结合，并在6G相关的前沿基础材料、器件等领域同样予以关注和布局。
移动通信技术从模拟技术演进到以GSM为标志的第二代移动通信技术(2G)用了30年，从2G到3G时代的演进用了15年，从3G到4G的推出用了5年。技术升级速度越来越快，每一代通信技术成为商用主流的时间越来越短。如今6G已经在路上了，也许它的普及会来得更快!
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