6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢及對人類生活的影響

趙德權(quán)

（吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

近年來，人們的生活水平不斷提高，對科技信息有了更高的要求。5G信號的普及和商業(yè)化進程加快促使了信息科技水平的日趨提升。相關(guān)研究機構(gòu)已認識到6G通信技術(shù)的發(fā)展前景，并對6G展開了新的探索。現(xiàn)階段，6G研究處于設(shè)想階段，少部分研究在大學實驗室和高新產(chǎn)業(yè)區(qū)開展，如硅谷和中關(guān)村等國家重點科研聚集區(qū)。從理論層面分析，6G的下載速度能達到1 Tb/s[1]。

1 通信技術(shù)發(fā)展概況

1.1 第一代通信技術(shù)（1G）

1G為接聽電話擺脫了電線的束縛。完成了從最初的電話信號傳輸需要電線到去除電線等通信設(shè)施的轉(zhuǎn)變，打開了移動通信的研究路程。其傳輸?shù)男盘栔饕悄M信號。

1.2 第二代通信技術(shù)（2G）

2G傳輸是數(shù)字信號。相對于1G而言，其傳輸范圍更廣。現(xiàn)在的電話大部分采用的還是2G網(wǎng)絡(luò)[2]。

1.3 第三代通信技術(shù)（3G）

3G傳輸采用全新的信息編碼，可展開移動多媒體多項業(yè)務(wù)，實現(xiàn)對圖片和音樂等一些較大數(shù)據(jù)的傳播。其改變了手機僅用于電話的情況，但因網(wǎng)速慢，因此具有進一步的研究空間。

1.4 第四代通信技術(shù)（4G）

4G在數(shù)據(jù)傳輸方面融入了新型技術(shù)，相比3G而言，4G傳輸效率更高且速度更快。對互聯(lián)網(wǎng)的普及也隨著4G開始不斷延伸。

1.5 第五代通信技術(shù)（5G）

5G的特點在于萬物互聯(lián)。因5G具傳輸效率高和延遲低等特點，可以將場景實時傳輸至接收方，在移動或間隔距離較大情況下實現(xiàn)通信需求的同時，管理相關(guān)信息。在無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，可以看到歷代通信技術(shù)均是為了滿足人們對信息傳播的需求，而且都是基于上一代無線通信的發(fā)展期望。

2 6G通信技術(shù)重要性

6G是由英國電信集團首席網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師提出的設(shè)想，其認為6G是5G+衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，即在5G的基礎(chǔ)上集成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)全球覆蓋。6G是第六代無線通信的簡稱。根據(jù)現(xiàn)在一些6G研究機構(gòu)獲取的信息來看，一些國家和企業(yè)已經(jīng)開啟了相關(guān)研究，但是還沒有達到統(tǒng)一認識。隨著現(xiàn)在人們對圖片和視頻清晰度的需求越來越高，數(shù)據(jù)信息含量越來越大，現(xiàn)有的通信技術(shù)已無法滿足人們的需求。5G在帶寬、連結(jié)方式以及速度方面獲取了質(zhì)的突破，可在人與人、人與物以及物與物間形成海量聯(lián)系，實現(xiàn)萬物互聯(lián)。但也存在一定的局限性，其帶寬僅為對4G的擴展，較為有限，且其信號的傳輸只能依賴于地面基站，而海洋和天空等區(qū)域卻無法進行基站建設(shè)。6G網(wǎng)絡(luò)在此基礎(chǔ)上提出，旨在突破局限，以實現(xiàn)其更加寬、廣、快以及省的特點。5G和6G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵能力對比如表1所示。

表1 5G和6G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵能力對比

3 6G技術(shù)優(yōu)勢

通信設(shè)施是發(fā)展無線通信技術(shù)的關(guān)鍵。對于6G時代所想要達成“天地萬物、皆隨我心”的愿景，需支持新技術(shù)系列，從而經(jīng)由天地海空的智慧鏈接實現(xiàn)世界關(guān)聯(lián)方式的徹底改變。結(jié)合4G和5G經(jīng)驗針對，進行了初步探討了6G時代的關(guān)鍵性技術(shù)，認為其表現(xiàn)為以下3個方面。

3.1 新頻譜通信

無線電為移動通信的基礎(chǔ)，其頻譜雖多，但資源卻是有限的。頻譜對于通信技術(shù)而言，是一種專有的基礎(chǔ)設(shè)施。并且在通信上屬于稀有的通信構(gòu)建項目。據(jù)頻譜資源特點和6G技術(shù)需求，可采用超高頻和可見光頻譜區(qū)段，發(fā)揮萬物互聯(lián)的作用。

3.2 太赫茲技術(shù)

太赫茲波技術(shù)信息傳播有著資源傳輸量大和傳輸速率高的特點。2018年世界移動通信大會上提出，可以將太赫茲技術(shù)用于6G的信息傳輸。太赫茲波是一種在0.1～10 THz電磁波上發(fā)展的技術(shù)，波長為30～3 000 μm。頻譜介于微波和光波之間太赫茲波的獨特個性使其較其他波段在傳播上更具優(yōu)勢，在短距離的傳播中，使無線通信可達到更高的層次。太赫茲波的傳輸因波束窄有著非常安全的效果，在短距離中能夠精確傳輸，在2～5 km可以實現(xiàn)保密運輸，被盜取風險較低[3-5]。其波段高，在傳輸過程中可以實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的運輸，可以容納大量的通信信息，滿足當時的信息傳輸頻率。在外太空的條件下，因為是真空空間，所以信號損傷會大大降低，在低功率的條件下便能做到傳輸信息的效果，接收也相對容易，適合衛(wèi)星之間的信息互聯(lián)，能夠達到預(yù)期建立多領(lǐng)域互聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)體系。此外，太赫茲波的長短更能滿足密集城區(qū)的信號覆蓋，能量需要低，可以為信息載體提供更高能量。而且穿透能力強，信號能在一些特殊環(huán)境中傳播。但目前對于太赫茲波的監(jiān)管尚未明確，對于以后的傳播情況也需要更多的探究。

3.3 可見光通信

在6G較為復(fù)雜的通信環(huán)境下，既往的傳統(tǒng)無線通信技術(shù)較難發(fā)揮全面高速覆蓋作用。可見光通信為高速率通信方式，其頻譜無須授權(quán)，可作為常規(guī)無線局域網(wǎng)絡(luò)的最好替代，具有無電磁輻射、對人體無害以及高保密性等特性，可覆蓋人們80%左右的活動范圍。此外，可見光通信利用400～800 THz超寬頻譜，可在大氣內(nèi)外和水面以下等場景中實現(xiàn)通信。

4 6G的特殊運用

4.1 空天海一體化

所謂空天海一體化是指在5G所開展的地面?zhèn)鞑セA(chǔ)上向海洋與天空進行深入和延伸，覆蓋太空、海洋以及陸地等多個空間，將這些空間聯(lián)系在一起。6G可基于無人飛行器和衛(wèi)星等基礎(chǔ)設(shè)施，滿足容量和覆蓋需求，促使實現(xiàn)立體三維（3D）網(wǎng)絡(luò)，形成空天海一體化。其具有以下特點。一是在空間傳播中的傳播路徑遠，信號傳輸?shù)馁|(zhì)量會受到影響，甚至出現(xiàn)信號延遲或中斷現(xiàn)象。二是空間傳播的節(jié)點不容易計算，由于空間傳播的基站要以衛(wèi)星作為傳播媒介，因此對于基站的分布和高度設(shè)置均有較高的要求。三是在系統(tǒng)交換與管理方面，對空間的信息傳播和后期的管理與維護都會有較大難點。在不容的通信設(shè)備上，資源傳輸也會受到影響。衛(wèi)星間的信息傳輸與地面的信息傳輸有著較大的區(qū)別，但隨著科技的發(fā)展，此類問題會迎刃而解，并會安排出合理的衛(wèi)星傳輸標準。

天地一體化的通信將會運用到地球表面上一些現(xiàn)有信號無法達到的區(qū)域，如山川、島嶼以及海洋等。完善應(yīng)急設(shè)施，在出現(xiàn)緊急情況時多種傳輸方式是對災(zāi)情預(yù)防的保障。天地一體化的通信也會運用到偏遠地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和GPS，可減少地面信息傳輸壓力。對于現(xiàn)在的天地一體化建設(shè)目標設(shè)想，將會使人們的生活更加便捷，還能提高整體社會的信息傳送效率，促進物流和導(dǎo)航等方面的快速發(fā)展。

4.2 水下傳輸

水下傳輸方式包括水下電磁波通信、水下聲吶通信及水下光通信。其中，水下光通信在沿海水域通信中獲得頻繁應(yīng)用，其通信范圍雖僅可達到幾米，但帶寬卻較高，且可改變相關(guān)操作，因此在平臺實施短距離通信中是可行的。受限于水的特殊環(huán)境，為實現(xiàn)構(gòu)建不同通信距離和不同數(shù)據(jù)速率的多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，6G依托水聲通信和可見光通信結(jié)合形成的聲光混合網(wǎng)絡(luò)，在水下傳輸中發(fā)揮重要作用。就各個節(jié)點而言，可見光通信具低延遲和高數(shù)據(jù)速率優(yōu)點。同時，水聲通信可彌補長通信距離的系統(tǒng)短板。使用聲光混合網(wǎng)絡(luò)是在水下傳輸?shù)淖罴逊椒ā?/p>

4.3 AI的智能“靈”

對于6G的設(shè)想，還包括通過電子設(shè)備建立一個思維組織。通過思維組織的運算完成傳輸，感知環(huán)境變化，并對新的變化提供切實可行的辦法，達到人、物以及機的結(jié)合。

5 結(jié) 論

實現(xiàn)6G建設(shè)對于建立可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸意義重大。6G概念雖已提出，但研究尚處于初步階段，而且還存在很多技術(shù)挑戰(zhàn)。隨著網(wǎng)絡(luò)在信息世界的建立，此項研究也越來越重要，越來越成熟。其中，安全可靠性是網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向。