2018在线教育未来独角兽TOP100
全世界各行各业联合起来,internet一定要实现!

6G已经在来的路上了......

2018-10-12 eNet&Ciweek/七目

秒级下完一部高清电影,加载中的小圈圈要消失了,再也不用担心视频通话时画面卡在奇怪的地方然后被对方截图了,据说冰箱、空调、水表、甚至穿衣镜都能联网......

正当吃瓜群众们(普通用户)对5G的美好生活翘首以盼时,已经有人在谈论6G的关键技术了!简直让人猝不及防!

在9月的“2018年世界移动通信大会·北美”上,美国联邦通信协会(FCC)专员Jessica Rosenworcel女士代表FCC称,6G将迈向太赫兹频率时代,随着网络越加致密化,基于区块链的动态频谱共享技术正在变成新的技术趋势。 

现在连5G手机的影子都没见到,你怎么就开始跟我谈6G的技术问题了......

5G已经这么快了,6G的速度难道要上天?

我们知道,5G的理论下载速率为每秒10GB,是当前4G上网速率的10倍。那么6G呢? 6G的理论下载速度是每秒1TB(也就是5G的100倍)!这是什么概念?就拿下载影片来说,用5G网络下一部高清大片只需要1-2秒,而在 6G 网络下仅10毫秒(0.01 秒)就可以下载完毕!几乎等同于在线观看,人们不会有任何延迟的感觉。

不过,谈论6G只关注网速就显得太“肤浅”了。因为在6G时代,网速已经不再重要。

现如今,移动通信技术更迭的意义,已经不止于解决人和人之间的无线通讯、无线上网的问题了,而是要更好地解决物和物之间、物和人之间的联系,也就是我们通常所说的物联网。

所谓的万物互联是将人、流程、数据和事物结合在一起使得网络连接变得更加相关,更有价值。它将信息转化为行动,能给企业、个人和国家创造新的功能,并带来更加丰富的体验和前所未有的经济发展机遇。

万物互联是什么样的呢?举个简单的例子,就是你可以用一部手机控制很多东西,比如直接向自己家里的智能家居下达指令,让智能家居机器人做家务,智能监控家庭一举一动、直接呼叫无人车等等。

这样的高科技生活5G能不能实现呢?

虽然我们对于5G的憧憬和期待是万物智联,但它做到的更多是信息极速传输,离真正的万物互联还存在一定距离。

以网络覆盖为例,像车联网、远程医疗这类的应用需要的是一个几乎无盲点的全覆盖网络。在这一点上,5G还无法做到一蹴而就,需要在6G时代得到补充和完善。已有专家提出,6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。通过将卫星通信整合到6G移动通信,实现全球无缝覆盖,网络信号能够抵达任何一个偏远的乡村,让深处山区的病人能接受远程医疗,让孩子们能接受远程教育。此外,在全球卫星定位系统、电信卫星系统、地球图像卫星系统和6G地面网络的联动支持下,地空全覆盖网络还能帮助人类预测天气、快速应对自然灾害等。这就是6G未来。

6G通信技术不再是简单的网络容量和传输速率的突破,它更是为了缩小数字鸿沟,实现万物互联这个“终极目标”,这便是6G的意义。

6G是什么样的?

关于6G的研究已经开始。我国工业和信息化部部长苗圩表示:“去年年底还是今年年初,我们已经开始着手在研究6G的发展,也就是第六代移动通信。”目前,欧洲、美国、日本、韩国等也已有机构陆续启动了B5G或者6G的技术研究。

不过,现在6G定义还未出现。各方都有自己的愿景,并未得到统一的、大家都认可的6G定义。目前一个较为官方的回答是,6G将探索并汇集5G所遗漏的相关技术。

在“2018年世界移动通信大会·北美”上,Jessica Rosenworcel作为美国联邦通信协会(FCC)对外公开讨论6G无线服务的第一位专员,提出了6G的3大类关键技术,分别涉及到6G频谱、6G无线“超大容量”如何实现、6G频谱使用如何创新这3大方面。让我们在技术层面上对6G有了一个较为具体的展望。

1. 6G进入太赫兹频段,网络“致密化”

Rosenworcel表示,6G将使用太赫兹(THz)频段,且6G网络的“致密化”程度也将达到前所未有的水平,届时,我们的周围将充满小基站。

太赫兹频段是指100GHz-10THz,是一个频率比5G高出许多的频段。从通信1G(0.9GHz)到现在的4G(1.8GHZ以上),我们使用的无线电磁波的频率在不断升高。因为频率越高,允许分配的带宽范围越大,单位时间内所能传递的数据量就越大,也就是我们通常说的“网速变快了”。

不过,频段向高处发展的另一个主要原因在于,低频段的资源有限。就像一条公路,即便再宽阔,所容纳车量也是有限的。当路不够用时,车辆就会阻塞无法畅行,此时就需要考虑开发另一条路。

频谱资源也是如此,随着用户数和智能设备数量的增加,有限的频谱带宽就需要服务更多的终端,这会导致每个终端的服务质量严重下降。而解决这一问题的可行的方法便是开发新的通信频段,拓展通信带宽。

目前,我国三大运营商的4G主力频段位于1.8GHz-2.7GHz之间的一部分频段,而国际电信标准组织定义的5G的主流频段是3GHz-6GHz,属于毫米波频段。到了6G,将迈入频率更高的太赫兹频段,这个时候也将进入亚毫米波的频段。中国科学院国家天文台研究员苟利军说:“太赫兹在天文中被称为亚毫米 ,这类天文台的站点一般很高而且很干燥 ,比如南极,还有智利的acatama沙漠。”

那么,为什么说到了6G时代网络将“致密化”,我们的周围会充满小基站?

这就涉及到了基站的覆盖范围问题,也就是基站信号的传输距离问题。

一般而言,影响基站覆盖范围的因素比较多,比如信号的频率、基站的发射功率、基站的高度等。就信号的频率而言,频率越高则波长越短,所以信号的绕射能力(也称衍射,在电磁波传播过程中遇到障碍物,这个障碍物的尺寸与电磁波的波长接近时,电磁波可以从该物体的边缘绕射过去。绕射可以帮助进行阴影区域的覆盖)就越差,损耗也就越大。并且这种损耗会随着传输距离的增加而增加,基站所能覆盖到的范围会随之降低。6G信号的频率已经在太赫兹级别,而这个频率已经进入分子转动能级的光谱了,很容易被空气中的被水分子吸收掉,所以在空间中传播的距离不像5G信号那么远,6G需要更多的基站“接力”。

5G使用的频段要高于4G,在不考虑其他因素的情况下,5G基站的覆盖范围自然要比4G的小。到了频段更高的6G,基站的覆盖范围会更小。因此,5G的基站密度要比4G高很多,而在6G时代,基站密集度将无以复加。

2. 空间复用技术

Rosenworcel表示6G将使用“空间复用技术”,6G基站将可同时接入数百个甚至数千个无线连接,其容量将可达到5G基站的1000倍。 

前面说到6G将要使用的是太赫兹频段,虽然这种高频段频率资源丰富,系统容量大。但是使用高频率载波的移动通信系统要面临改善覆盖和减少干扰的严峻挑战。

当信号的频率超过10GHz时,其主要的传播方式就不再是衍射。对于非视距传播链路来说,反射和散射才是主要的信号传播方式。同时,频率越高,传播损耗越大,覆盖距离越近,绕射能力越弱。这些因素都会大大增加信号覆盖的难度。

不止是6G,处于毫米波段的5G也是如此。而5G则是通过Massive MIMO和波束赋形这两个关键技术来解决此类问题的。

我们的手机信号连接的是运营商基站,更准确一点,是基站上的天线。Massive MIMO技术说起来挺简单,它其实就是通过增加发射天线和接收天线的数量,即设计一个多天线阵列,来补偿高频路径上的损耗。

在MIMO多副天线的配置下可以提高传输数据数量,而这用到的便是空间复用技术。在发射端,高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流,不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。由于发射端与接收端的天线阵列之间的空域子信道足够不同,接收机能够区分出这些并行的子数据流,而不需付出额外的频率或者时间资源。

这种技术的好处就是,它能够在不占用额外带宽、消耗额外发射功率的情况下增加信道容量,提高频谱利用率。

不过,MIMO的多天线阵列会使大部分发射能量聚集在一个非常窄的区域。也就是说,天线数量越多,波束宽度越窄。这一点的有利之处在于,不同的波束之间、不同的用户之间的干扰会比较少,因为不同的波束都有各自的聚焦区域,这些区域都非常小,彼此之间不怎么有交集。

但是它也带来了另外一个问题:基站发出的窄波束不是360度全方向的,该如何保证波束能覆盖到基站周围任意一个方向上的用户?这时候,便是波束赋形技术大显神通的时候了。

简单来说,波束赋形技术就是通过复杂的算法对波束进行管理和控制,使之变得像“聚光灯”一样。这些“聚光灯”可以找到手机都聚集在哪里,然后更为聚焦地对其进行信号覆盖。 

5G采用的是MIMO技术提高频谱利用率。而6G所处的频段更高,MIMO未来的进一步发展很有可能成为6G提供关键的技术支持。

3. 动态频谱共享+区块链

Rosenworcel提到,美国现有的频谱分配(拍卖)方式将难以胜任6G时代“对于频谱资源的高效利用”这一诉求,6G要采用“频谱共享”的方式。她还指出还可采用更智能、分布更强的动态频谱共享接入技术,那就是“基于区块链的动态频谱共享”。

所谓的频谱拍卖是指授权用户规划某一频段,对外进行公开拍卖,以公开竞价的方式,将该频段的使用权转让给最高应价者使用。目前频谱拍卖广泛采用的地区和国家主要集中在欧洲和美国。我国不同于绝大多数国家,采取的是分配而非拍卖的方式来进行频谱管理工作。也因此,我国的政府监管部门在移动通信产业发展中处于非常核心的位置。

频谱拍卖的分配方式之所以难以胜任6G时代“对于频谱资源的高效利用”这一诉求,是因为它存在授权用户独占频段而造成频谱闲置、利用不充分等问题。对于无线电频谱这种稀缺性的战略资源,此方式显然不适合迎接万物智联时代的到来,甚至极有可能阻碍整个社会推动创新。

为了合理配置频谱资源,使其得到高效充分的利用,美国FCC于2015年开展推动了动态频谱共享,在3.5GHz上推出CBRS(公众无线宽带服务),通过集中的频谱访问数据库系统来动态管理不同类型的无线流量,以提高频谱使用效率。简单来讲,就是某一使用者不用的话,其他使用者可以接入使用,这样不仅能有效减少资源浪费,也可减少拥塞的问题(这有点像共享单车一样)。

CBRS引进了三层式频谱接取架构(SAS)。SAS分为三层:第一层用户是该频段的执照持有者,如军用雷达等。这层用户拥有最高优先级,它们将受到最高级别的保护,免受其它层级接入用户的干扰;第二层是已支付授权费的用户,享有免受第三层接入用户干扰的保护;第三层是任何人都可以使用,优先级最低,不受任何干扰保护。

SAS负责协调现有用户和新用户间的频谱接入,保护较高层用户免受低层用户的影响,并优化CBRS频段内所有用户可用频谱的有效使用。这就达到了动态共享频段、按需使用的效果,频谱的使用率无疑会大大提高。

CBRS极具创造性、高效性和前瞻性,对未来6G的发展具有非同寻常的意义。

不过,面向6G,动态频谱共享显然还要在原有基础上进行发展。CBRS是通过集中式的数据库来支持频谱共享接入的,若系统能基于采用分布式数据库的区块链技术,探索使用区块链作为动态频谱共享技术的低成本替代方案,则不仅可以降低动态频谱接入系统的管理费用,提升频谱效率,还能进一步增加接入等级、接入用户数量等。

Rosenworcel认为,区块链在6G中的应用,使用“去中心”的分布式账本来记录各种无线接入信息,将可进一步激发新技术创新,甚至“改变未来6G使用无线频谱的方式”。

其实,对于6G的构想目前还没有一个统一的结论。例如,英国布里斯托尔的研究人员就表示,正在开发基于金刚石的氮化镓的微波技术,向6G技术发起探索。也有人将6G视为具有不同类型的自我聚合网络的能力。关于6G的技术趋势预测还包括了超密蜂窝网络、可重构硬件、毫米波用户接入、增强型光无线接口、网络VLC、菲博娱乐管理和编排蜂窝网络的融合等等。

不管关于6G的构想有多丰富,就如同5G之于4G,未来的6G也一定是5G的持续演进。5G有的,要靠6G来改进。而5G没有的,则要靠6G来扩展。

现在研究6G为时过早?

对于6G,不止是部分吃瓜群众觉得现在研究太早了,一些专业人士也持有此类的看法。 

曾经在西班牙电信工作了17年的现任英国政府国际贸易机构首席科学顾问Mike Short就说道:“我认为,在2022年之前,6G都不值得大家对其付出努力。我们现在需要做的是发掘用户对5G真正的需求,先把5G商用用好了再来说6G。”

现在研究6G真的太早了吗?

一点也不早,而且要尽快行动了。 

为什么?其实,单从5G的发展我们就能明白。5G的毫米波技术并不是在4G显示出局限性才开始研究的,其理论基础早在18年前(2000年)就已经完成了,而工业界实现毫米波技术的成熟却是在10-15年之后。到现在,毫米波5G的大规模商用部署仍然是一个难题。

5G的毫米波尚且如此,更何况是6G使用的太赫兹频段呢。

此外,提前布局6G网络也是为了未雨绸缪、占得先机。随着5G连接规模不断扩大,网络压力随之增加,6G一定会到来。在5G的研究上,我国已跻身“第一梯队”。而6G虽未正式开始,现在也已陆续有国家着手研发。未来谁先占领6G网络的制高点,谁就能率先开启万物互联的新时代,6G的战略意义不言而喻。

结语

移动通信技术从模拟技术演进到以GSM为标志的第二代移动通信技术(2G)用了30年,从2G到3G时代的演进用了15年,从3G到4G的推出用了5年。技术升级速度越来越快,每一代通信技术成为商用主流的时间越来越短。如今6G已经在路上了,也许它的普及会来得更快!


相关频道: eNews 2B咨询服务

您对本文或本站有任何意见,请在下方提交,谢谢!

投稿信箱:tougao@enet16.com
广告