10年后6G將問世 速度有望比5G快100倍

5G還未全面鋪開，6G已“躍躍欲試”。

前不久，華為內(nèi)部員工社區(qū)平臺“心聲社區(qū)”刊登了該公司創(chuàng)始人任正非于本月上旬接受《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》采訪的紀(jì)要。在采訪中，任正非稱，華為的6G研究是領(lǐng)先世界的，但預(yù)計(jì)10年后6G才會(huì)投入使用。

那么，到底什么是6G？6G相關(guān)研究目前已進(jìn)展到什么階段？6G的關(guān)鍵核心技術(shù)有哪些？近日，在2019年全國通信理論與技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議暨通信領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展論壇上，多位業(yè)內(nèi)專家表示，目前6G研究剛剛起步，在技術(shù)領(lǐng)域需要建立國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

區(qū)別于5G，6G要構(gòu)建出一張實(shí)現(xiàn)空、天、地、海一體化通信的網(wǎng)絡(luò)。6G頻段將從5G的毫米波頻段拓展至太赫茲頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率有望比5G快100倍，時(shí)延達(dá)到亞毫秒級水平。在用戶的個(gè)性化服務(wù)以及物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、智能工廠等領(lǐng)域，6G都將有較廣闊的應(yīng)用前景。

信號可覆蓋通信“盲區(qū)”

“在6G時(shí)代，或許我們在飛機(jī)上也能上網(wǎng)，同時(shí)不會(huì)影響飛行安全。登山運(yùn)動(dòng)員在登山遇到危險(xiǎn)時(shí)，可實(shí)時(shí)發(fā)送位置信息與求救信號，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)延。在海上航行時(shí)，船上的工作人員也不用擔(dān)心與陸地失聯(lián)，6G可保證其實(shí)時(shí)通信。”這是南京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院常務(wù)副院長吳啟暉為科技日報(bào)記者描繪的、用衛(wèi)星、航空平臺、艦船搭建起的一張連接空、天、地、海的通信網(wǎng)絡(luò)。而支撐該網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，就是6G。

6G網(wǎng)絡(luò)將致力于打造一個(gè)集地面通信、衛(wèi)星通信、海洋通信于一體的全連接通信世界，沙漠、無人區(qū)、海洋等如今移動(dòng)通信的“盲區(qū)”有望實(shí)現(xiàn)信號覆蓋。

“6G網(wǎng)絡(luò)的速度將比5G快100倍，幾乎能達(dá)每秒1TB，這意味著下載一部電影可在1秒內(nèi)完成，無人駕駛、無人機(jī)的操控都將非常自如，用戶甚至感覺不到任何時(shí)延。”吳啟暉說，如今中低無線電頻譜資源十分緊缺，而發(fā)展高速傳輸?shù)?G網(wǎng)絡(luò)需要充足的頻譜資源作為支撐。這意味著，6G通信要向高頻段頻譜資源拓展，從5G時(shí)代的毫米波(波長為10毫米到1毫米的電磁波)頻段拓展到太赫茲(波長為3000微米到30微米的電磁波)頻段。

6G帶來的通信變革，不僅體現(xiàn)在網(wǎng)速上，用戶的交互體驗(yàn)也將得到大幅提升，單位時(shí)間內(nèi)信息傳輸容量將更大，傳輸時(shí)延也會(huì)變得更短。

在中國電子學(xué)會(huì)通信分會(huì)主任委員、南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院院長朱洪波看來，在1G到4G時(shí)代，通信技術(shù)還都是消費(fèi)型應(yīng)用，5G及以后將走向產(chǎn)業(yè)型應(yīng)用，例如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能交通等。

“現(xiàn)在學(xué)界對6G的界定有不同的觀點(diǎn)，5G主要是為工業(yè)4.0做前期基礎(chǔ)建設(shè)，而6G的具體應(yīng)用方向目前還處在探索階段。”朱洪波說，有專家認(rèn)為，將來6G將會(huì)被用于空間通信、智能交互、觸覺互聯(lián)網(wǎng)、情感和觸覺交流、多感官混合現(xiàn)實(shí)、機(jī)器間協(xié)同、全自動(dòng)交通等場景。

需更多基站完成信號“接力”

從1G時(shí)代到5G時(shí)代，基站就像一個(gè)“交通樞紐”，在用戶和移動(dòng)運(yùn)營商之間，架設(shè)起一座座信息交換的“橋梁”。但在6G時(shí)代，“橋梁”建設(shè)或?qū)⒚媾R巨大的挑戰(zhàn)。

“未來，基站建設(shè)要面向天空、海洋，而空中傳輸?shù)木嚯x很遠(yuǎn)，水下傳輸?shù)男盘枔p耗又大，無人機(jī)和海上艦船的通信，又是動(dòng)態(tài)的，這都需要協(xié)同部署攻關(guān)。”合肥工業(yè)大學(xué)副校長、教授李建東對科技日報(bào)記者說。

目前，我國已擁有600多萬個(gè)4G基站，5G基站的數(shù)量預(yù)計(jì)將是前者的10倍，6G基站可能會(huì)建得更密。如今，地面基站大多架設(shè)在建筑物頂部，6G網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)地面基站與無人機(jī)、衛(wèi)星的通信，那么基站就不僅要面向地面，也要面向空中進(jìn)行信號傳播。

“而地面、空中、海洋的信道模型都是不同的。”吳啟暉說，地面基站是沿著地表進(jìn)行信號傳播的，由于有建筑物、山川河流的阻隔，傳播過程中信號會(huì)被衰減得十分嚴(yán)重，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)雜波、噪聲。而地空信道雖不會(huì)碰上困擾地面?zhèn)鞑サ母鞣N阻隔物，但因信道的俯仰角較大，每個(gè)角度的傳播特性也會(huì)存在差異。同時(shí)，在空中、地面、海洋傳播信號時(shí)，6G網(wǎng)絡(luò)會(huì)使用不同的頻率，這些頻率可能形成相互干擾，如何使之“通力合作”也是要解決的技術(shù)問題。

此外，因6G通信要向高頻段頻譜資源拓展，受高頻影響，6G時(shí)代或需要更多基站，“接力”完成信號傳遞工作。

南京航空航天大學(xué)信息工程學(xué)院教授張小飛向科技日報(bào)記者具體解釋道：“6G網(wǎng)絡(luò)將使用高頻段頻譜資源——太赫茲頻段，其頻率可高達(dá)100GHz到10THz。而信號頻率越高，波長越短，信號傳輸范圍也就越小，這意味著基站的覆蓋范圍隨之縮小。再加上信號的頻率越高，就越容易被空氣中的水分子吸收掉，遇到雨雪天氣，6G信號更容易受干擾，所以6G信號的傳播距離不會(huì)像5G信號那么遠(yuǎn)，這就需要更多的基站完成信號的‘接力’傳遞。”

芯片技術(shù)和算法有待完善

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用場景的出現(xiàn)，以及用戶數(shù)和智能設(shè)備數(shù)的增加，有限的帶寬要承載越來越多的終端，提升帶寬成了6G技術(shù)研發(fā)人員亟待解決的問題。在吳啟暉看來，要想提升帶寬，就要依靠芯片技術(shù)和射頻電路技術(shù)的發(fā)展。

同時(shí)，還有專家指出，太赫茲芯片的散熱問題也亟待解決。如今，芯片越做越小，而傳輸功率的增加會(huì)讓芯片更容易“發(fā)燙”，所以微散熱技術(shù)也亟待提升。

此外，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大了，想要實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高可靠的傳輸，就要求6G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須更加智能化。吳啟暉介紹道，目前，他的團(tuán)隊(duì)正在研究6G網(wǎng)絡(luò)的智能信息處理算法，這包括智能云計(jì)算、邊緣計(jì)算、終端智能應(yīng)用，以及各個(gè)層面的智能算法如何協(xié)同。

“但沒有一個(gè)智能算法能滿足6G通信的所有需求。例如，我們在做圖像識別時(shí)用‘深度學(xué)習(xí)’算法，但在動(dòng)態(tài)性強(qiáng)的無線通信領(lǐng)域，這個(gè)算法就未必適用，相比之下，‘強(qiáng)化學(xué)習(xí)’算法可能更合適。”吳啟暉說，和5G時(shí)代一樣，6G時(shí)代同樣需要構(gòu)建“算法庫”，智能調(diào)度各個(gè)系統(tǒng)，遇到什么場景，就用什么算法去解決相應(yīng)的問題。

“例如，在收到火警信號后，6G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要能迅速識別出這一場景，將這個(gè)信號傳送出去，智能算法要根據(jù)應(yīng)用場景的需求，給出信息傳輸決策。”吳啟暉說。

從3G到4G再到5G，每一代通信技術(shù)的迭代都經(jīng)歷了約10年的發(fā)展周期。在采訪中，不少專家對記者表示，離6G真正“飛入尋常百姓家”，至少也還需要10年左右的時(shí)間。

“目前，國內(nèi)外的6G研究剛剛啟動(dòng)，但亟需建立與此相關(guān)的國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括6G的頻譜、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、多址接入、無線能量傳輸、智能化等方面的技術(shù)。”張小飛說。