10年后6G將問世 速度有望比5G快100倍
2019-09-25 08:12:18
供稿：網友
信號可覆蓋通信“盲區”
“在6G時代，或許我們在飛機上也能上網，同時不會影響飛行安全。登山運動員在登山遇到危險時，可實時發送位置信息與求救信號，不會出現時延。在海上航行時，船上的工作人員也不用擔心與陸地失聯，6G可保證其實時通信。”這是南京航空航天大學電子信息工程學院常務副院長吳啟暉為科技日報記者描繪的、用衛星、航空平臺、艦船搭建起的一張連接空、天、地、海的通信網絡。而支撐該網絡的核心技術，就是6G。
6G網絡將致力于打造一個集地面通信、衛星通信、海洋通信于一體的全連接通信世界，沙漠、無人區、海洋等如今移動通信的“盲區”有望實現信號覆蓋。
“6G網絡的速度將比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。”吳啟暉說，如今中低無線電頻譜資源十分緊缺，而發展高速傳輸的6G網絡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，不僅體現在網速上，用戶的交互體驗也將得到大幅提升，單位時間內信息傳輸容量將更大，傳輸時延也會變得更短。
在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看來，在1G到4G時代，通信技術還都是消費型應用，5G及以后將走向產業型應用，例如工業互聯網、智能交通等。
“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。”朱洪波說，有專家認為，將來6G將會被用于空間通信、智能交互、觸覺互聯網、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。
需更多基站完成信號“接力”
從1G時代到5G時代，基站就像一個“交通樞紐”，在用戶和移動運營商之間，架設起一座座信息交換的“橋梁”。但在6G時代，“橋梁”建設或將面臨巨大的挑戰。
“未來，基站建設要面向天空、海洋，而空中傳輸的距離很遠，水下傳輸的信號損耗又大，無人機和海上艦船的通信，又是動態的，這都需要協同部署攻關。”合肥工業大學副校長、教授李建東對科技日報記者說。
目前，我國已擁有600多萬個4G基站，5G基站的數量預計將是前者的10倍，6G基站可能會建得更密。如今，地面基站大多架設在建筑物頂部，6G網絡要實現地面基站與無人機、衛星的通信，那么基站就不僅要面向地面，也要面向空中進行信號傳播。
“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，傳播過程中信號會被衰減得十分嚴重，有時也會出現雜波、噪聲。而地空信道雖不會碰上困擾地面傳播的各種阻隔物，但因信道的俯仰角較大，每個角度的傳播特性也會存在差異。同時，在空中、地面、海洋傳播信號時，6G網絡會使用不同的頻率，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。
南京航空航天大學信息工程學院教授張小飛向科技日報記者具體解釋道：“6G網絡將使用高頻段頻譜資源——太赫茲頻段，其頻率可高達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像5G信號那么遠，這就需要更多的基站完成信號的‘接力’傳遞。”
芯片技術和算法有待完善
隨著工業互聯網、無人駕駛、遠程醫療等應用場景的出現，以及用戶數和智能設備數的增加，有限的帶寬要承載越來越多的終端，提升帶寬成了6G技術研發人員亟待解決的問題。在吳啟暉看來，要想提升帶寬，就要依靠芯片技術和射頻電路技術的發展。
同時，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讓芯片更容易“發燙”，所以微散熱技術也亟待提升。
此外，傳輸的數據量大了，想要實現低時延、高可靠的傳輸，就要求6G網絡系統必須更加智能化。吳啟暉介紹道，目前，他的團隊正在研究6G網絡的智能信息處理算法，這包括智能云計算、邊緣計算、終端智能應用，以及各個層面的智能算法如何協同。
“但沒有一個智能算法能滿足6G通信的所有需求。例如，我們在做圖像識別時用‘深度學習’算法，但在動態性強的無線通信領域，這個算法就未必適用，相比之下，‘強化學習’算法可能更合適。”吳啟暉說，和5G時代一樣，6G時代同樣需要構建“算法庫”，智能調度各個系統，遇到什么場景，就用什么算法去解決相應的問題。
“例如，在收到火警信號后，6G網絡系統要能迅速識別出這一場景，將這個信號傳送出去，智能算法要根據應用場景的需求，給出信息傳輸決策。”吳啟暉說。
從3G到4G再到5G，每一代通信技術的迭代都經歷了約10年的發展周期。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年左右的時間。
“目前，國內外的6G研究剛剛啟動，但亟需建立與此相關的國際技術標準，包括6G的頻譜、網絡架構、多址接入、無線能量傳輸、智能化等方面的技術。”張小飛說。
