6G

6G
原圖鏈接

第六代移動通信系統（6th generation mobile networks，或6th generation wireless systems），簡稱6G，是指第六代移動通信技術，是5G系統後的延伸。仍在開發階段。6G的傳輸能力可能比5G提升100倍，網絡延遲也可能從毫秒降到微秒級。2018年芬蘭開始研究6G相關技術，年底邀請媒體聆聽其針對6G網絡所引導的研究與工作進展，2019年3月24日至26日在芬蘭拉普蘭舉行關於6G的的國際會議。

2019年11月3日，科技部會同發展改革委、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技術研發工作啟動會。

基本概念

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。主要促進的就是互聯網的發展。

6G網絡將是一個地面無線與衛星通信集成的全連接世界。通過將衛星通信整合到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村，讓深處山區的病人能接受遠程醫療，讓孩子們能接受遠程教育。此外，在全球衛星定位系統、電信衛星系統、地球圖像衛星系統和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。

發展歷程

2018年3月9日，工信部部長苗圩表示中國已經着手研究6G。

2019年3月15日，美國聯邦通訊委員會（FCC）一致投票通過開放「太赫茲波」頻譜的決定，以期其有朝一日被用於6G服務。

除中美兩國外，歐盟、俄羅斯等也正在緊鑼密鼓地開展相關工作。

中國通信業觀察家、飛象網首席執行官項立剛則進一步提出，除陸地通信覆蓋外，水下通信覆蓋也有望在6G時代啟動，成為整個網絡覆蓋體系中的一部分。

2019年11月3日，科技部會同發展改革委、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技術研發工作啟動會。會議宣布成立國家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技術研究布局建議與技術論證，為重大決策提供諮詢與建議。會上，總體專家組代表介紹了6G技術研發態勢及未來發展思路與建議；TD產業聯盟、未來移動通信論壇代表分別介紹了前期工作開展情況、未來6G暢想及下一步工作計劃的建議。6G技術研發推進工作組和總體專家組的成立，標誌着中國6G技術研發工作正式啟動。

相關技術

太赫茲頻段

6G將使用太赫茲（THz）頻段，且6G網絡的「緻密化」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。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4G（1.8GHZ以上），我們使用的無線電磁波的頻率在不斷升高。因為頻率越高，允許分配的帶寬範圍越大，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，頻段向高處發展的另一個主要原因在於，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另一條路。頻譜資源也是如此，隨着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。而解決這一問題的可行的方法便是開發新的通信頻段，拓展通信帶寬。我國三大運營商的4G主力頻段位於1.8GHz-2.7GHz之間的一部分頻段，而國際電信標準組織定義的5G的主流頻段是3GHz-6GHz，屬於毫米波頻段。到了6G，將邁入頻率更高的太赫茲頻段，這個時候也將進入亞毫米波的頻段。中國科學院國家天文台研究員苟利軍告訴《互聯網周刊》說：「太赫茲在天文中被稱為亞毫米，這類天文台的站點一般很高而且很乾燥 ，比如南極，還有智利的acatama沙漠。」那麼，為什麼說到了6G時代網絡「緻密化」，我們的周圍會充滿小基站？這就涉及到了基站的覆蓋範圍問題，也就是基站信號的傳輸距離問題。一般而言，影響基站覆蓋範圍的因素比較多，比如信號的頻率、基站的發射功率、基站的高度、移動端的高度等。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繞射可以幫助進行陰影區域的覆蓋）就越差，損耗也就越大。並且這種損耗會隨着傳輸距離的增加而增加，基站所能覆蓋到的範圍會隨之降低。6G信號的頻率已經在太赫茲級別，而這個頻率已經接近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信號那麼遠，因此6G需要更多的基站「接力」。5G使用的頻段要高於4G，在不考慮其他因素的情況下，5G基站的覆蓋範圍自然要比4G的小。到了頻段更高的6G，基站的覆蓋範圍會更小。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

6G將使用「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將要使用的是太赫茲頻段，雖然這種高頻段頻率資源豐富，系統容量大。但是使用高頻率載波的移動通信系統要面臨改善覆蓋和減少干擾的嚴峻挑戰。

當信號的頻率超過10GHz時，其主要的傳播方式就不再是衍射。對於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。這些因素都會大大增加信號覆蓋的難度。不止是6G，處於毫米波段的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解決此類問題的。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射天線和接收天線的數量，即設計一個多天線陣列，來補償高頻路徑上的損耗。在MIMO多副天線的配置下可以提高傳輸數據數量，而這用到的便是空間復用技術。在發射端，高速率的數據流被分割為多個較低速率的子數據流，不同的子數據流在不同的發射天線上在相同頻段上發射出去。由於發射端與接收端的天線陣列之間的空域子信道足夠不同，接收機能夠區分出這些並行的子數據流，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、消耗額外發射功率的情況下增加信道容量，提高頻譜利用率。不過，MIMO的多天線陣列會使大部分發射能量聚集在一個非常窄的區域。也就是說，天線數量越多，波束寬度越窄。這一點的好處在於，不同的波束之間、不同的用戶之間的干擾會比較少，因為不同的波束都有各自的聚焦區域，這些區域都非常小，彼此之間不怎麼有交集。但是它也帶來了另外一個問題：基站發出的窄波束不是360度全方向的，該如何保證波束能覆蓋到基站周圍任意一個方向上的用戶？這時候，便是波束賦形技術大顯神通的時候了。簡單來說，波束賦形技術就是通過複雜的算法對波束進行管理和控制，使之變得像「聚光燈」一樣。這些「聚光燈」可以找到手機都聚集在哪裡，然後更為聚焦地對其進行信號覆蓋。5G採用的是MIMO技術提高頻譜利用率。而6G所處的頻段更高，MIMO未來的進一步發展很有可能為6G提供關鍵的技術支持。