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6G

第六代移動通信技術

6G,即第六代移動通信標準,也被稱為第六代移動通信技術。主要促進的就是物聯網的發展。截至2019年11月,6G仍在開發階段。6G的傳輸能力可能比5G提升100倍,網路延遲也可能從毫秒降到微秒級。

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


,即六移標準,概念線網路移技術,稱六移技術。促網際網路展。
網路線衛星集連。衛星整合移,球縫覆蓋,網路號夠抵達偏鄉村,深區病程醫療,程育。,球衛星系統、電信衛星系統、地球圖像衛星系統和6G地面網路的聯動支持下,地空全覆蓋網路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路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。
據傳輸速率達倍,延縮短,峰值速率、延、流量密、連密、移、頻譜效率、優。

基本內容


6G的提出是彌補5G的不足,其採取全數字全IP技術,支持分組交換,將WLAN、Bluetooth等區域網融入廣域網中。其最為可能採用的接入方式為OFDM或MC—CDMA。前者採用了TDMA方式,而後者可以看作是採用CDMA方式的OFDM。OFDM中分配給用戶不同的時隙,同樣存在5G中的多址干擾和定時問題。與傳統的單載波CDMA類似,MC—CDMA也採用正交碼來區分用戶,不同的是每個用戶可以分配到多個碼字,達到在時域和頻域內同時擴頻的效果。兩者在調製方式上也有很大的區別:OFDM採用自適應M—OAM,MC—CDMA採用oPsK。另一種可選的接入方式是LAS—CDMA,它是具有中國自主知識產權的4G技術,其採用全新的LAS碼並融合CDMA和TDD技術,通過建立“零干擾窗口”將傳統的CDMA干擾減至理想的程度,使系統容量、頻譜效率和傳輸速率大為提高,並與現存的CDMA標準和CDMA2000兼容。
6G是集5G與WLAN於一體,並能夠傳輸高質量視頻圖像,它的圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下。6G系統能夠以100Mbps的速度下載,比目前的撥號上網快2000倍,上傳的速度也能達到20Mbps,並能夠滿足幾乎所有用戶對於無線服務的要求。而在用戶最為關注的價格方面,6G與固定寬頻網路在價格方面不相上下,而且計費方式更加靈活機動,用戶完全可以根據自身的需求確定所需的服務。此外,6G可以在DSL和有線電視數據機沒有覆蓋的地方部署,然後再擴展到整個地區。很明顯,6G有著不可比擬的優越性。

專項資助


2020年11月,由北京郵電大學網路智能研究中心主任、長江學者特聘教授、博士生導師廖建新主持的“6G全場景按需服務關鍵技術”項目獲得2020年國家重點研發計劃“寬頻通信與新型網路”重點專項資助。本次申報獲批的國家重點研發計劃,是科技部6G專項研究計劃最為重要的組織形式之一。“6G全場景按需服務關鍵技術”項目將建立全場景按需服務管控技術體系,實現從概念理論與關鍵技術的研究,到標準體系建設與核心繫統研發的原始創新,提出6G“中國方案”。

發展歷程


國外發展

2018年,芬蘭開始研究6G相關技術。
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。3月24日至26日,芬蘭拉普蘭舉行關於6G的的國際會議。
歐盟、俄羅斯等也正在緊鑼密鼓地開展相關工作。
三星電子公司和LG電子公司都在2019年設立6G研究中心,2020年7月14日三星電子發布了《下一代超連接體驗》白皮書。
2020年4月8日,日本總務省發布了2025年在國內確立6G主要技術的戰略目標,希望在2030年實現6G實用化。同年,斯科爾科沃科學技術研究院的科學家們開發了一種技術,並研製出了用於開發俄羅斯第六代通信系統(6G)組件的設備。斯科爾科沃科學技術研究院研製的設備為開發6G系統組件開闢了新的前景,特別是太赫茲到光波段的信號轉換器。第六代領域的研究是在“國家技術倡議”無線通訊技術與物聯網能力中心活動框架內進行的。該院在研發過程中依靠的是先進的科學和實驗室設施以及與俄羅斯領先公司的生產聯繫。新設備可允許模擬波長為1.5微米的光輻射,頻率為10GHz的電信號。
2020年12月16日,在5G發展中並不出色的日本正在瞄準6G(第六代通信技術)目標,採取多項措施推進6G研發。日本追加預算中,更是撥款用於促進6G研發,試圖加大力度推進6G研發,在下一個賽道搶佔市場先機。
2021年4月12日,華為輪值董事長徐直軍在華為全球分析師大會上表示,6G將在2030年左右推向市場,華為也將發布6G白皮書,告訴各行各業6G是什麼。
2021年6月23日,韓國科學技術信息通信部召開官民聯合6G戰略會議並制定“6G研發計劃”。
2021年8月,LG電子已成功進行太赫茲頻段6G無線信號傳輸,距離超過100米。

國內發展

2018年3月9日,工信部部長苗圩表示中國已經著手研究6G。
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。會議宣布成立了國家6G技術研發推進工作組、國家6G技術研發總體專家組。
2019年11月20日,2019世界5G大會獲悉,中國聯通中國電信已分別展開6G相關技術研究。
2019年11月,2019年全球首份6G白皮書《6G無線智能無處不在的關鍵驅動與研究挑戰》發布。白皮書中指出,6G的大多數性能指標相比5G將提升10到100倍。在6G時代,1秒下載10部同類型高清視頻成為可能。
2019年以來,廣東省新一代通信與網路創新研究院(粵通院)聯合清華大學北京郵電大學北京交通大學中興通訊股份有限公司、中國科學院空天信息創新研究院共同開展了6G通道模擬、太赫茲通信、軌道角動量等6G熱點技術研究。
2020年11月,北郵6G項目獲得2020年國家重點研發計劃“寬頻通信與新型網路”重點專項資助。
2021年4月12日,華為輪值董事長徐直軍在華為全球分析師大會上表示,6G將在2030年左右推向市場,華為也將發布6G白皮書,告訴各行各業6G是什麼。
2021年8月27日,中國網際網路路信息中心(CNNIC)在京發布第48次《中國網際網路路發展狀況統計報告》,6G通信技術領域,中國已成為6G專利申請的主要來源國。當前6G通信技術領域全球專利申請量超過3.8萬項,其中我國專利申請佔比35%(1.3萬餘項,約合1.58萬件),位居全球首位。
2021年9月,北京將超前布局6G未來網路。
2022年1月,香港城市大學實驗室揭秘6G未來和三維原子探針。

相關技術


太赫茲頻段

6G將使用太赫茲(THz)頻段,且6G網路的“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,隨著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《網際網路周刊》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時代網路“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。並且這種損耗會隨著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。
相關進展:2020年9月1日新聞報道稱,太赫茲光子學組件研究獲重大突破,有助造出廉價緊湊型量子級聯激光器,實現6G電信連接。

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通道足夠不同,接收機能夠區分出這些并行的子數據流,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,它能夠在不佔用額外帶寬、消耗額外發射功率的情況下增加通道容量,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演演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。

技術關鍵指標


幾個衡量6G技術的關鍵指標:
1、峰值傳輸速度達到100Gbps–1Tbps,而5G僅為10Gpbs;
2、室內定位精度達到10厘米,室外為1米,相比5G提高10倍;
3、通信時延0.1毫秒,是5G的十分一;
4、中斷機率小於百萬分之一,擁有超高可靠性;
5、連接設備密度達到每立方米過百個,擁有超高密度;
6、採用太赫茲(THz)頻段通信,網路容量大幅提升。

面臨技術難題


1、尚未成熟的太赫茲通信技術,這對集成電子、新材料等技術挑戰。
2、數據從採集到消耗中的技術難題。

行業觀點


5G和6G的開發是并行的,但6G規模化使用還很遠。對此,余承東回應稱:“6G在研發中,估計還需要10年時間,目前也在做技術研究、標準研究,還沒到商用階段。
“6G網路的速度將比5G快100倍,幾乎能達每秒1TB,這意味著下載一部電影可在1秒內完成,無人駕駛、無人機的操控都將非常自如,用戶甚至感覺不到任何時延。”南京航空航天大學電子信息工程學院常務副院長吳啟暉說。
“現在學界對6G的界定有不同的觀點,5G主要是為工業4.0做前期基礎建設,而6G的具體應用方向目前還處在探索階段。”中國電子學會通信分會主任委員、南京郵電大學物聯網學院院長朱洪波說,有專家認為,將來6G將會被用於空間通信、智能交互、觸覺網際網路、情感和觸覺交流、多感官混合現實、機器間協同、全自動交通等場景。

行業競爭


2021年7月6日,針對華為發射衛星意在進軍6G,並搶佔6G研發先機一事,華為中國官方微博闢謠稱:“華為即將發射兩顆衛星以搶佔6G研發先機”為假消息。