6G技術(shù)時(shí)代展望

沈臻懿

2019年，全球首屆6G峰會(huì)在芬蘭舉行。來自世界各地的70余位權(quán)威通信大咖齊聚一堂，不僅探討了6G通信的技術(shù)方法和發(fā)展方向，還制定并發(fā)布了全球首份6G白皮書——《6G無線智能無處不在的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)與研究挑戰(zhàn)》。根據(jù)白皮書的預(yù)測，6G時(shí)代或?qū)⒃?030年前后到來。

正向我們走來的6G技術(shù)

2019年6月，中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通等移動(dòng)通信巨頭獲得了5G商用牌照，讓人們看到了5G即將“飛入尋常百姓家”的美好前景。就在我們暢想5G時(shí)代生活的同時(shí)，更新迭代的6G技術(shù)已經(jīng)在不遠(yuǎn)處向我們招手了……

縱觀5G通信技術(shù)的強(qiáng)大，很大程度上源于其數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚傩砸约俺偷木W(wǎng)絡(luò)延時(shí)率。從理論峰值層面，5G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度可高達(dá)10Gpbs，網(wǎng)絡(luò)延遲僅為4毫秒。這也使得5G時(shí)代下，“虛擬現(xiàn)實(shí)”“智能駕乘”“遠(yuǎn)程診療”等活動(dòng)得以在日常生活中普及。不過，根據(jù)6G白皮書提示的指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)測，6G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度比5G還要快至少10倍以上，網(wǎng)絡(luò)延遲則將進(jìn)一步降低至0.1毫秒，甚至實(shí)現(xiàn)零延遲的終極目標(biāo)。

當(dāng)前，人們對(duì)于虛擬會(huì)議已不陌生。通過虛擬會(huì)議技術(shù)，人們不僅可以聽到對(duì)方的聲音，還可以看到對(duì)方的影像。5G時(shí)代下的虛擬會(huì)議，甚至還能達(dá)到類似電影情節(jié)中的高清全息投影。但如果人們還想再進(jìn)一步接觸到對(duì)方，甚至聞到其氣味，就需要更多的傳感設(shè)置、更快的傳輸速率。這就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了5G技術(shù)所能達(dá)到的程度。這一技術(shù)難點(diǎn)，在6G更快的速率、更低的延遲特點(diǎn)面前，無疑是“小菜一碟”。

6G技術(shù)是否即為“5G+1G”的堆疊

或許有人會(huì)問，6G技術(shù)是否就是在5G技術(shù)的基礎(chǔ)上，再增加1G呢？答案顯然是否定的，6G技術(shù)并非只是5G加1G的簡單堆疊。就移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展來看，每一代相較于前代，都會(huì)有突飛猛進(jìn)的提升。就定位精準(zhǔn)度來說，室內(nèi)條件下，6G技術(shù)可達(dá)到驚人的10厘米;室外條件下，也可達(dá)到1米。其定位精準(zhǔn)度相較于5G技術(shù)，提升了十倍有余！此外，當(dāng)我們需要下載一部1GB的高清電影時(shí)，在5G網(wǎng)絡(luò)條件下，只需1—2秒就能下載完成。而在6G網(wǎng)絡(luò)條件下，這一下載時(shí)間更能被縮短至0.01秒！這就相當(dāng)于人們?cè)诰€觀看影片，且不會(huì)讓人感到任何延遲或卡頓。

不過，在討論6G技術(shù)時(shí)，如果僅僅關(guān)注網(wǎng)速，未免過于“膚淺”。在6G時(shí)代下，網(wǎng)速或許不再重要。從5G到6G的移動(dòng)通信技術(shù)更迭，已然不再局限于人與人之間的移動(dòng)上網(wǎng)和移動(dòng)通信等方面，而是為了解決物與人之間、物與物之間的聯(lián)系。換句話說，6G技術(shù)不再是簡單的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的突破，更是為了突破萬物互聯(lián)之難題。所謂“萬物互聯(lián)”（IoE：Internet of Everything），就是將人、事物、數(shù)據(jù)和流程結(jié)合在一起，進(jìn)而令網(wǎng)絡(luò)連接能夠更為相關(guān)，且更具價(jià)值。譬如，在“萬物互聯(lián)”的狀態(tài)下，人們用手中的一臺(tái)手機(jī)，就可以向家中的智能電器發(fā)布指令，讓智能機(jī)器人從事家務(wù)勞動(dòng)，直接預(yù)約無人駕駛車輛，并監(jiān)控房間內(nèi)的實(shí)時(shí)情形，等等。

與現(xiàn)行移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)不同的是，6G并非借助于光纖與基站，而是以衛(wèi)星作為基礎(chǔ)來搭建互聯(lián)網(wǎng)。對(duì)于6G技術(shù)而言，其基建工作主要是通過衛(wèi)星發(fā)射和部署，且多在太空中完成。作為第六代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，6G擁有無與倫比的衛(wèi)星通信優(yōu)勢。5G技術(shù)所利用的電磁波頻率，范圍主要在30—300吉赫茲之間，而6G技術(shù)的電磁波頻率，則達(dá)到了300—3000吉赫茲，已然屬于衛(wèi)星通信的頻率范圍。只需要有足夠數(shù)量的通信衛(wèi)星，便有望實(shí)現(xiàn)移動(dòng)信號(hào)的全球性覆蓋。因此，6G網(wǎng)絡(luò)將得以在全世界范圍內(nèi)集成連接地面無線與衛(wèi)星通信。一旦將衛(wèi)星通信整合至6G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，即便是此前大量無法被通信網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地區(qū)，如難以鋪設(shè)光纖的偏遠(yuǎn)山區(qū)、無法架設(shè)基站的廣袤海洋，未來都有可能存在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的“身影”，并得以收發(fā)信號(hào)，從而進(jìn)一步消減地球上移動(dòng)信號(hào)覆蓋的死角。如此一來，能讓邊遠(yuǎn)地區(qū)的危重病人接受遠(yuǎn)程醫(yī)療，令那里的學(xué)齡兒童接受遠(yuǎn)程教育。同時(shí)，在地球圖像衛(wèi)星系統(tǒng)、電信衛(wèi)星系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)與地面6G網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)動(dòng)下，這一空、天、地、海全覆蓋的6G技術(shù)可有效幫助人們預(yù)判天氣，快速應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等突發(fā)情況。

2019年，全球首屆6G峰會(huì)在芬蘭舉行，制定并發(fā)布了全球首份6G白皮書——《6G無線智能無處不在的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)與研究挑戰(zhàn)》

6G技術(shù)不再是簡單的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的突破，更是為了突破萬物互聯(lián)之難題

邁入太赫茲（THz）時(shí)代的6G

移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，使得全球移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)也在快速更迭。從最初的1G移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，到目前即將“飛入尋常百姓家”的5G移動(dòng)通信技術(shù)，僅僅用了數(shù)十年時(shí)間。對(duì)于每一代通信技術(shù)來說，每提升一個(gè)G，都意味著信號(hào)頻段的提升。5G時(shí)代的開啟，令信號(hào)頻段從小于6GHz前行到了毫米波頻段，6G則將正式邁入太赫茲（THz）時(shí)代，也就是在0.1THz—3THz的頻段內(nèi)傳輸信號(hào)。我們知道，頻率越高，允許分配的帶寬范圍也就越大，這就意味著在單位時(shí)間內(nèi)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也就越多。換一種通俗的表述方式，就是我們平時(shí)日常生活中常說的——網(wǎng)速更快了。當(dāng)然，頻率越高，發(fā)射信號(hào)需要的能量也就越大，且傳輸距離也會(huì)越短。

不過，持續(xù)向高處發(fā)展頻率的另一大原因，就是低頻率的資源是有限的。這就如同一條高速公路，即使路面再為寬闊，其所能容納的車輛數(shù)量也畢竟有限。當(dāng)?shù)缆房臻g不足時(shí)，車輛就會(huì)堵塞并阻礙行駛。此時(shí)，我們就需要另外再開辟出一條新的道路。頻譜資源同樣也是如此。隨著智能設(shè)備和移動(dòng)用戶數(shù)量的不斷增加，使得有限的頻率資源需要服務(wù)于越來越多的終端。這就會(huì)導(dǎo)致各個(gè)終端的服務(wù)質(zhì)量大幅下降。為了解決這一現(xiàn)實(shí)難題，我們就需要開發(fā)全新的頻段，從而開拓通信帶寬。

雖然，太赫茲已被多數(shù)人認(rèn)為是6G通信的核心基礎(chǔ)之一，但6G研究尚處在起步階段，不少技術(shù)的研發(fā)仍在摸索中。在此之前，太赫茲主要用于醫(yī)療成像、雷達(dá)探測等領(lǐng)域。其在無線通信領(lǐng)域中的應(yīng)用，也才剛剛問世。太赫茲具有通信速率高的特點(diǎn)，理論上甚至可達(dá)太字節(jié)每秒（TB/S）。但與此同時(shí)，其也有著通信距離短，易受障礙物干擾的缺點(diǎn)。唯有在解決通信距離這一問題后，太赫茲才可更好地服務(wù)于移動(dòng)通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

6G時(shí)代的應(yīng)用前瞻

目前，5G網(wǎng)絡(luò)尚未在世界范圍內(nèi)普及，全球諸多地區(qū)還在使用4G甚至是3G網(wǎng)絡(luò)。但這并不妨礙我們對(duì)于6G時(shí)代應(yīng)用的前瞻。

基于《6G無線智能無處不在的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)與研究挑戰(zhàn)》所預(yù)測的，6G預(yù)計(jì)將在2030年正式投入使用，屆時(shí)肯定會(huì)有更多的前沿技術(shù)隨著6G網(wǎng)絡(luò)邁入千家萬戶。這其中，無疑就有著AR與VR等技術(shù)的身影。這兩種技術(shù)雖已出現(xiàn)在我們的社會(huì)生活中，但由于受制于技術(shù)和價(jià)格等因素，目前尚未普及。但在6G時(shí)代下，AR和VR等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅得以普及，且諸如虛擬現(xiàn)實(shí)聊天、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等也將令人們的生活更加便利。

更為重要的是，6G在未來生活的介入，打開的是一個(gè)真正萬物互聯(lián)的時(shí)代。在萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)醫(yī)療活動(dòng)的應(yīng)用范圍將得以進(jìn)一步延伸，它能幫助更多的人搭建起與之相對(duì)應(yīng)的個(gè)性化“虛擬數(shù)字服務(wù)”，并可在人類重大疾病的防范預(yù)測、早期篩查和靶向治療等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。

基于“泛在覆蓋”的6G網(wǎng)絡(luò)，還可在搶險(xiǎn)救災(zāi)和無人區(qū)域探測中“大放異彩”！由于6G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍極廣，且具有部署靈活、超高精度和不易受地面災(zāi)害影響等特點(diǎn)，其不僅可以利用6G技術(shù)來實(shí)現(xiàn)“虛擬建筑物”的構(gòu)建，還可在最短時(shí)間內(nèi)制定出災(zāi)害發(fā)生后的最佳救災(zāi)方案和人員逃生路線。此外，6G網(wǎng)絡(luò)具備空、天、地、海全域覆蓋的特點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)沙漠、深海、深山等無人區(qū)的網(wǎng)絡(luò)部署，從而借助對(duì)無人區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，來對(duì)沙塵暴、山洪、海嘯、臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警，為人類的災(zāi)害防范預(yù)留出更多的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com