作者為：Yu-Han Chang 博士

當(dāng)5G毫米波尚未起飛時(shí)，6G研究已經(jīng)開始。但究竟什么是6G，哪些是值得關(guān)注的新興領(lǐng)域？

本文將提供6G的高層次概述，包括6G頻率、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和值得注意的6G應(yīng)用。本文分享的信息來自IDTechEx的最新研究報(bào)告《6G市場(chǎng)2023-2043：技術(shù)、趨勢(shì)、預(yù)測(cè)、玩家》。這份報(bào)告為這一新興領(lǐng)域提供了重要的洞察力和商業(yè)前景。

IDTechEx 報(bào)告“2023-2043 年 6G 市場(chǎng)：技術(shù)、趨勢(shì)、預(yù)測(cè)、參與者”中的重點(diǎn)報(bào)道領(lǐng)域。資料來源：IDTechEx

頻率很重要

這篇文章從最基本的層面開始 - 頻段。在5G中，6GHz以下（3.5-6GHz）和毫米波（mmWave，24-100GHz）頻段是所覆蓋頻譜中的兩個(gè)新頻段。在6G中，考慮的頻率范圍包括7至20GHz頻段、W波段（75-110GHz以上）、D波段（110GHz至175GHz）、275GHz和300GHz之間的頻段以及THz范圍（0.3-10THz）?？紤]7-20GHz之間的頻段是因?yàn)樾枰采w，以實(shí)現(xiàn)眾多6G用例的移動(dòng)和 "在路上 "應(yīng)用。W和D頻段對(duì)6G接入和Xhaul（如前傳、回傳）網(wǎng)絡(luò)都有意義。要考慮滿足兩種服務(wù)的目標(biāo)的解決方案。截至2022年9月，全球頻譜分配不超過275GHz。然而，275-450 GHz范圍內(nèi)的頻段已被確定用于實(shí)施陸地移動(dòng)和固定服務(wù)應(yīng)用，以及275-1000 GHz范圍內(nèi)的無線電天文學(xué)和地球探測(cè)衛(wèi)星服務(wù)和空間研究服務(wù)。

6G頻譜部署戰(zhàn)略概述。請(qǐng)注意，盡管根據(jù)定義，太赫茲頻段從300GHz到10THz，但電信專業(yè)人士發(fā)現(xiàn)將超過100GHz的應(yīng)用歸為太赫茲通信更為簡(jiǎn)單。

6G的承諾和挑戰(zhàn)是什么？

通過利用太赫茲頻段的大帶寬，6G有望實(shí)現(xiàn)1 Tbps的數(shù)據(jù)速率。然而，要實(shí)現(xiàn)這一速率是非常具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樾枰粋€(gè)大的連續(xù)帶寬，但在現(xiàn)實(shí)中，可用于的帶寬是有限的，并被分割在不同的頻段上。另一個(gè)方面是，頻譜效率與檢測(cè)所需的信噪比（SNR）進(jìn)行了直接的權(quán)衡。要求的信噪比越高，由于高頻率下的傳輸功率限制以及增加的噪聲，各自的范圍就越短。作為一個(gè)例子，三星最先進(jìn)的D波段相位陣列發(fā)射器原型目前展示了120米的最遠(yuǎn)移動(dòng)距離，但只達(dá)到了2.3Gbps。其他小組展示了更高的數(shù)據(jù)率，但空中旅行距離只有厘米級(jí)。

為了進(jìn)一步改善鏈路范圍以及提高數(shù)據(jù)速率，在設(shè)計(jì)6G無線電時(shí)需要考慮幾個(gè)要求。例如，選擇適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體來提高鏈路范圍是至關(guān)重要的，挑選具有小介電常數(shù)和譚氏損耗的低損耗材料來防止大量的傳輸損耗。為了進(jìn)一步降低傳輸損耗，需要采取新的封裝策略，將射頻元件與天線緊密結(jié)合。然而，人們必須記住，隨著設(shè)備變得越來越緊湊，電源和熱管理變得更加關(guān)鍵。

除了設(shè)備設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)部署策略也是一個(gè)關(guān)鍵的研究領(lǐng)域，以解決NLOS和功率消耗的挑戰(zhàn)。例如，正在研究建立一個(gè)異構(gòu)的智能電磁（EM）環(huán)境，利用廣泛的技術(shù)，如可重新配置的智能表面（RIS）或中繼器。

6G應(yīng)用

6G與前幾代通信的一個(gè)重大變化是，它現(xiàn)在將包括非地面網(wǎng)絡(luò)，這是6G的一個(gè)關(guān)鍵發(fā)展項(xiàng)目，使傳統(tǒng)的2D網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在3D空間發(fā)揮作用。低空平臺(tái)（LAPs）、高空平臺(tái)（HAPs）、無人駕駛飛行器（UAVs）和衛(wèi)星是非地面網(wǎng)絡(luò)（NTNs）的例子。中國(guó)在2020年11月發(fā)送了世界上第一顆6G衛(wèi)星。今年，華為利用LEO（低地球軌道）衛(wèi)星測(cè)試了NTN 6G網(wǎng)絡(luò)。這一領(lǐng)域越來越多的活動(dòng)表明，NTN網(wǎng)絡(luò)肯定會(huì)成為一個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展趨勢(shì)。

盡管有通信，6G也有望進(jìn)入傳感、成像、無線認(rèn)知和精確定位的世界。去年，蘋果為其太赫茲傳感器技術(shù)申請(qǐng)了專利，用于iDevice的氣體傳感和成像。華為也測(cè)試了幾個(gè)綜合傳感和通信（ISAC）的原型。還有許多研究和試驗(yàn)正在進(jìn)行中，以充分利用6G太赫茲頻段的潛力。