再談6G_行業動態_新聞中心_RFID世界網

2020 年行將結束，隨著5G網絡的建設推進，以及 3GPP R16 版本的凍結，越來越多的人將關注焦點轉移到6G身上。

7 月 14 日，韓國三星電子發布了白皮書《下一代超連接體驗》。在白皮書中，三星預估6G標準完成及投入商業化的最早時間點是 2028 年，而大規模商業化可能發生在 2030 年左右。

這個預測時間點，和 3 月 17 日全球第二屆6GWireless Summit 會議上中興通訊給出的預測時間點非常接近：

從社會和技術的大趨勢來看，6G 將具有以下顯著的特點：

? 人和機器都將是 6G 的用戶（並且機器反而會是 6G 的首要用戶）。

? AI 將會滲透到各行各業，比如金融，健康，工業製造等領域，6G 將會通過 AI 來進一步提升性能並且降低 CAPEX 和 OPEX。

? 6G 將會使通信技術變得更加開放（比如近年成立的 O-RAN 聯盟等）。

? 6G 將會在諸多社會問題方面發揮關鍵作用。例如應對氣候變化（與數位技術結合減少溫室氣體排放量）和解決教育不平等（遠程教育）等問題，5G已經為此提供了一些幫助。6G 提供的超連接，將會進一步協助完成聯合國提出的 2030 可持續發展目標。

站在服務的角度，6G 又會帶來什麼呢？

6G 將進一步增強5G定義的 eMBB、URLLC、mMTC 等特性，並且融合更加先進的傳感、成像、顯示和 AI 等技術，提供超連接體驗，比如：

? 沉浸式擴展現實（XR）

? 高保真移動全息影像

? 數字鏡像（數字孿生）

6G 必須滿足的要求

想要實現超連接體驗，6G 必須滿足來自三個維度的要求，分別是性能、架構和可信度。

6G 性能需求

相比 5G，6G 會有怎樣的性能提升？如下所示：

? 峰值數據速率 1Tbps(1000Gbps)，是 5G 的 50 倍

? 空口延遲小於 100 微秒(μs)，是 5G 的十分之一

? 可靠性達到 10-7，是 5G 的一百倍

? 設備連接密度達到 107/Km2，是 5G 的十倍

? 頻譜效率達到 5G 的兩倍

繪製成蜘蛛網模型，大致如下：

6G 體系結構需求

解決行動裝置計算能力有限所帶來的問題，實現通信和計算的真正融合，以便最終用戶的各種設備能夠無縫地利用網絡中可用的計算能力，比如從技術開發的初期就引入 AI（或者稱為原生 AI）。

新的網絡功能的靈活集成，包括和非地面網絡的集成，比如飛機、近地軌道和地球靜止軌道衛星、高空平臺等。

6G 可信度需求

解決用戶數據和 AI 技術的廣泛使用而帶來的安全和隱私問題。

6G 的重點技術發展方向

6G 的一些典型候選技術如下：

太赫茲頻段（THz）

5G NR 已經開始討論在 52.6GHz 以上的頻段工作，遵循這一趨勢，6G 時代移動通信恐怕將不可避免地使用太赫茲 THz 頻段。

但是實際使用 THz 頻段，有一些必須克服的技術挑戰，例如：

（1）本身的傳播特性（嚴重的路徑損耗和大氣吸收）：需要針對室內和室外的場景建立適合 THz 的多徑信道模型。

（2）晶片和射頻器件：過去十年，研究者們致力於開發晶片級的太赫茲技術，現在基於 InP、GaAs、SiGe、甚至 CMOS 技術已經在較低的 THz 頻段產生了一些突破。但是在更高的 THz 頻段，還需要進一步突破，以滿足高效率、低能耗和低成本需求。

（3）天線和波束賦形：太赫茲意味著路徑損耗的急劇增加。因此，需要超大規模的天線陣列來補償路徑損耗。另一方面，這會導致非常狹窄的細波束（類似於雷射波束），因此如何優化波束賦形，以合理的成本和能效來提升系統的性能也非常重要。

（4）新的波形、信號、信道和協議：目前來看 OFDM 依然會是一個候選項，但是需要去探索新的備選波形，降低 PAPR，滿足 THz 的硬體限制。另外，還需要開發合適的信號、信道和協議來有效地適配 THz 的各種操作。

新型天線技術

5G NR 已經使用 Massive MIMO 技術，但是 THz 波段需要比毫米波更多的天線，因此會有更大的挑戰，以下是一些可選項:

（1）基於超材料的天線和射頻前端

第一種方法：將超表面透鏡作為移相結構應用於天線陣列信號，施加直流偏置來調整波束方向，有助於銳化波束形狀。

第二種方法：超材料天線作為諧振天線，其自身輻射定向波束，與超表面透鏡不同，它不需要一個帶移相器的獨立天線陣列。

第三種方法：可重構智能表面（RIS），通俗的講，智能表面可以改變電磁波的電磁特性，從而影響周圍的傳播環境。

（2）軌道角動量（OAM）

1992 年，科學家通過實驗證實，光子具有軌道角動量 OAM 這一基本性質。

OAM 通信研究的核心，是把軌道角動量這一尚未利用的電磁波參數用於通信。OAM 是電磁波在傳播方向上在垂直平面上表示相位旋轉的特性，相位旋轉的次數稱為 OAM 模式。不同的 OAM 模式相互正交，在同一頻點上可傳輸多路正交信號，從而提升頻譜效率和信道容量，這就是 OAM 復用技術：

2018 年 5 月，日本 NTT 已經利用軌道角動量（OAM）多路復用在全球首次成功演示了 100Gbps 無線傳輸，實驗室設計了 OAM-MIMO 復用傳輸。結果表明，系統能夠顯著提升傳輸容量。

這項技術看起來還是相當有前途的，但是實驗室只進行了十米的傳輸實驗，實際的實施和操作肯定還有很多的問題需要解決。

全雙工技術

5G NR 引入了動態 TDD 技術，提高雙工靈活性，從而可以根據流量來動態調整下行鏈路和上行鏈路之間的時隙比率。

全雙工技術可能會在 6G 得到應用，從而解除傳統雙工機制對收發信機頻譜資源利用的限制，有助於進一步提高頻譜效率（理論上同時同頻全雙工可提升一倍的頻譜效率）和系統的靈活性。

上下行鏈路同時同頻傳輸信號，會存在嚴重的自幹擾和交叉幹擾問題，需要在設備和網絡部署時採取一定的幹擾抑制和消除手段。

頻譜共享技術

本著開源與節流並重的思想，如何更加充分地利用現有的頻譜資源就顯得格外重要（特別是在低頻段）。

於是，動態頻譜共享（DSS）技術閃亮登場。

它可以讓不同制式的網絡共享使用相同的頻譜資源，相當於頻譜和制式解耦合。比如，目前動態頻譜共享技術已經可以在 4G 和 5G 之間動態分配頻譜。

6G 時代，動態頻譜共享技術顯然還要在原有基礎上繼續發展，也許會被稱為「智能」頻譜共享技術。

網絡拓撲結構的演進

網絡拓撲演進方面的一個顯著趨勢，就是使用非地面網絡 NTN，例如衛星和 HAPS，即使在沒有地面網絡的地方也能提供覆蓋。

NTN 技術的實現，需要考慮地面網絡所沒有的新方面，包括對移動小區的支持、數百公裡大的小區、較大的傳播延遲、NTN 的高速移動導致的較大都卜勒頻移和較大路徑損耗等。

目前尚處於開發支持 NTN 的技術初始階段，3GPP R17 將會完成對 NTN 網絡的第一階段支持，讓我們拭目以待吧。

PS：現階段想要多了解一些 NTN 的內容，建議參考 3GPP TR38.811。

AI 技術

3GPP 5G 標準已經在核心網中引入了 NWDAF 網絡功能，對網絡進行數據收集和分析。相信該功能在後續版本中持續演進，之後 3GPP 也會對無線側進行相關的技術研究。到了 6G 時代，AI 技術的應用將會無處不在。

舉例來說，本地 AI 技術給信道編碼研究提供了一種全新的解決方案，使其不再依賴傳統的編碼理論進行設計，通過學習、訓練、搜索就可以找到適合當前傳輸環境的最佳的調製編碼方式。聯合 AI 的一個例子是基於預測的切換優化，而端到端的 AI 可以識別或者說預測網絡運行中的異常並提出糾正方案。

後話：現在談 6G，是不是太早了？

5G 商業化尚處於起步階段，現在開始準備 6G 正是時候。因為從開始研究到新一代通信技術商業化，通常需要 10 年左右的時間。

早在 2019 年 3 月，芬蘭就舉辦了全球第一屆 6G 峰會，來自各國的通信專家們商議擬定了全球首份 6G 白皮書：6G 泛在無線智能的關鍵驅動與研究挑戰。

在過去的一年，世界各國紛紛制定了本國 6G 的發展規劃，並付諸實施。

世界各國的 6G 研究進展

此前有報導稱，韓國 5G 網絡實際傳輸速率僅為 4G 的三倍多，遠遠低於 20 倍的標準。由此可以看出，全球範圍內的首要任務，還是先把 5G 的潛力充分激發出來，讓企業和個人充分感受到 5G 所帶來的真實價值。否則，空談 6G 是沒有任何意義的。

如果用一句話總結，那就是——

既要仰望星空（6G），也要腳踏實地（5G）。

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