6G技術時代展望

沈臻懿

2019年，全球首屆6G峰會在芬蘭舉行。來自世界各地的70余位權威通信大咖齊聚一堂，不僅探討了6G通信的技術方法和發展方向，還制定并發布了全球首份6G白皮書——《6G無線智能無處不在的關鍵驅動與研究挑戰》。根據白皮書的預測，6G時代或將在2030年前后到來。

正向我們走來的6G技術

2019年6月，中國移動、中國電信、中國聯通等移動通信巨頭獲得了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時代生活的同時，更新迭代的6G技術已經在不遠處向我們招手了……

縱觀5G通信技術的強大，很大程度上源于其數據傳輸的高速性以及超低的網絡延時率。從理論峰值層面，5G技術的數據傳輸速度可高達10Gpbs，網絡延遲僅為4毫秒。這也使得5G時代下，“虛擬現實”“智能駕乘”“遠程診療”等活動得以在日常生活中普及。不過，根據6G白皮書提示的指標數據預測，6G技術的數據傳輸速度比5G還要快至少10倍以上，網絡延遲則將進一步降低至0.1毫秒，甚至實現零延遲的終極目標。

當前，人們對于虛擬會議已不陌生。通過虛擬會議技術，人們不僅可以聽到對方的聲音，還可以看到對方的影像。5G時代下的虛擬會議，甚至還能達到類似電影情節中的高清全息投影。但如果人們還想再進一步接觸到對方，甚至聞到其氣味，就需要更多的傳感設置、更快的傳輸速率。這就遠遠超出了5G技術所能達到的程度。這一技術難點，在6G更快的速率、更低的延遲特點面前，無疑是“小菜一碟”。

6G技術是否即為“5G+1G”的堆疊

或許有人會問，6G技術是否就是在5G技術的基礎上，再增加1G呢？答案顯然是否定的，6G技術并非只是5G加1G的簡單堆疊。就移動通信技術發展來看，每一代相較于前代，都會有突飛猛進的提升。就定位精準度來說，室內條件下，6G技術可達到驚人的10厘米;室外條件下，也可達到1米。其定位精準度相較于5G技術，提升了十倍有余！此外，當我們需要下載一部1GB的高清電影時，在5G網絡條件下，只需1—2秒就能下載完成。而在6G網絡條件下，這一下載時間更能被縮短至0.01秒！這就相當于人們在線觀看影片，且不會讓人感到任何延遲或卡頓。

不過，在討論6G技術時，如果僅僅關注網速，未免過于“膚淺”。在6G時代下，網速或許不再重要。從5G到6G的移動通信技術更迭，已然不再局限于人與人之間的移動上網和移動通信等方面，而是為了解決物與人之間、物與物之間的聯系。換句話說，6G技術不再是簡單的網絡傳輸速度的突破，更是為了突破萬物互聯之難題。所謂“萬物互聯”（IoE：Internet of Everything），就是將人、事物、數據和流程結合在一起，進而令網絡連接能夠更為相關，且更具價值。譬如，在“萬物互聯”的狀態下，人們用手中的一臺手機，就可以向家中的智能電器發布指令，讓智能機器人從事家務勞動，直接預約無人駕駛車輛，并監控房間內的實時情形，等等。

與現行移動通信網絡不同的是，6G并非借助于光纖與基站，而是以衛星作為基礎來搭建互聯網。對于6G技術而言，其基建工作主要是通過衛星發射和部署，且多在太空中完成。作為第六代移動通信標準，6G擁有無與倫比的衛星通信優勢。5G技術所利用的電磁波頻率，范圍主要在30—300吉赫茲之間，而6G技術的電磁波頻率，則達到了300—3000吉赫茲，已然屬于衛星通信的頻率范圍。只需要有足夠數量的通信衛星，便有望實現移動信號的全球性覆蓋。因此，6G網絡將得以在全世界范圍內集成連接地面無線與衛星通信。一旦將衛星通信整合至6G移動通信網絡，即便是此前大量無法被通信網絡所覆蓋的地區，如難以鋪設光纖的偏遠山區、無法架設基站的廣袤海洋，未來都有可能存在移動網絡信號的“身影”，并得以收發信號，從而進一步消減地球上移動信號覆蓋的死角。如此一來，能讓邊遠地區的危重病人接受遠程醫療，令那里的學齡兒童接受遠程教育。同時，在地球圖像衛星系統、電信衛星系統、全球衛星定位系統與地面6G網絡的聯動下，這一空、天、地、海全覆蓋的6G技術可有效幫助人們預判天氣，快速應對自然災害等突發情況。

2019年，全球首屆6G峰會在芬蘭舉行，制定并發布了全球首份6G白皮書——《6G無線智能無處不在的關鍵驅動與研究挑戰》

6G技術不再是簡單的網絡傳輸速度的突破，更是為了突破萬物互聯之難題

邁入太赫茲（THz）時代的6G

移動通信技術的發展和移動通信業務的發展，使得全球移動通信標準也在快速更迭。從最初的1G移動通信業務，到目前即將“飛入尋常百姓家”的5G移動通信技術，僅僅用了數十年時間。對于每一代通信技術來說，每提升一個G，都意味著信號頻段的提升。5G時代的開啟，令信號頻段從小于6GHz前行到了毫米波頻段，6G則將正式邁入太赫茲（THz）時代，也就是在0.1THz—3THz的頻段內傳輸信號。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間內所能傳輸的數據量也就越多。換一種通俗的表述方式，就是我們平時日常生活中常說的——網速更快了。當然，頻率越高，發射信號需要的能量也就越大，且傳輸距離也會越短。

不過，持續向高處發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量也畢竟有限。當道路空間不足時，車輛就會堵塞并阻礙行駛。此時，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。隨著智能設備和移動用戶數量的不斷增加，使得有限的頻率資源需要服務于越來越多的終端。這就會導致各個終端的服務質量大幅下降。為了解決這一現實難題，我們就需要開發全新的頻段，從而開拓通信帶寬。

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

6G時代的應用前瞻

目前，5G網絡尚未在世界范圍內普及，全球諸多地區還在使用4G甚至是3G網絡。但這并不妨礙我們對于6G時代應用的前瞻。

基于《6G無線智能無處不在的關鍵驅動與研究挑戰》所預測的，6G預計將在2030年正式投入使用，屆時肯定會有更多的前沿技術隨著6G網絡邁入千家萬戶。這其中，無疑就有著AR與VR等技術的身影。這兩種技術雖已出現在我們的社會生活中，但由于受制于技術和價格等因素，目前尚未普及。但在6G時代下，AR和VR等虛擬現實技術不僅得以普及，且諸如虛擬現實聊天、遠程教育、遠程醫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，打開的是一個真正萬物互聯的時代。在萬物互聯的基礎上，精準醫療活動的應用范圍將得以進一步延伸，它能幫助更多的人搭建起與之相對應的個性化“虛擬數字服務”，并可在人類重大疾病的防范預測、早期篩查和靶向治療等領域發揮關鍵作用。

基于“泛在覆蓋”的6G網絡，還可在搶險救災和無人區域探測中“大放異彩”！由于6G網絡覆蓋的范圍極廣，且具有部署靈活、超高精度和不易受地面災害影響等特點，其不僅可以利用6G技術來實現“虛擬建筑物”的構建，還可在最短時間內制定出災害發生后的最佳救災方案和人員逃生路線。此外，6G網絡具備空、天、地、海全域覆蓋的特點，還可以實現沙漠、深海、深山等無人區的網絡部署，從而借助對無人區的實時監測，來對沙塵暴、山洪、海嘯、臺風等災害進行預警，為人類的災害防范預留出更多的應急響應時間。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com