清華大學已開始6G實驗?下一代通信技術到底長什麼樣?

2020-11-30 騰訊網

在11月25日召開的「2020世界5G大會」上,清華大學新聞與傳播學院教授崔保國表示「清華大學在去年年底已經開始6G的實驗」。

此番言論一出,立即引起業內熱議。6G標準是什麼?6G模式是怎樣?6G到底是怎麼個東西都還沒討論明白呢?你清華就開始6G試驗了?清華教授到底是在譁眾取寵還是確有其事?

更有些自媒體近期不斷吹噓6G傳輸速率將是5G的一百倍,時延更短,信號覆蓋範圍更廣闊……

毫無根據地胡吹真的好麼?

業內普遍認為,下一代網絡將是海、陸、空、天全面覆蓋,基站、光纖、衛星相輔相成融合一體,AI、雲計算等等多種技術參與。

那麼我們來看看我們的海、陸、空、天通信技術都到了一個什麼程度。

海、空、天區域目前來講就一種可行通信技術——衛星通信技術。

說到衛星通信繞不開美國SPACEX公司的「星鏈計劃」,埃隆·馬斯克在2015的時候提出這一構想,利用1.2萬顆(後增加到4.2萬顆)低軌通信衛星組成覆蓋全球的衛星網絡。馬斯克打算在2027年之前發射4.2萬顆衛星,把天空聯結成星網,故稱之為「星鏈計劃」。(目前1.2萬顆衛星已經獲批,3萬顆在申請中。)

按照設想,可以實現1Gbps的網速,是目前平均網速的180倍。更低的時延(馬斯克表示20毫秒內),無論你在地球的任何地方,只需要一個直徑0.48m的接收器就可以暢快地享受超越5G體驗的網絡。

目前,星鏈計劃已經發射近千顆通信衛星組建北美地區網絡,相繼完成測試。測試數據顯示,最快下載速度為50Mbps,最快上傳速度9.4Mbps,大致相當於國內50M寬帶的速度。另外,測試下載速度非常不穩定,隔一段時間速度就幾乎掉至零,跟網絡掉線差不多。不得不指出的是,此測試數據,只具有參考意義,不能代表星鏈的整體水平。因為星鏈網絡還不完整,邊緣衛星可能面臨無星可連。

Bate版測試完成之後,即將在下月開始公開版的測試,並在明年正式開通服務,「星鏈網」即將啟動。

再來看一下我國衛星通信發展到了什麼程度。

2018年12月,中國在酒泉衛星發射中心用長徵十一號運載火箭,成功將虹雲工程技術驗證衛星發射升空。後續將以此衛星為基礎開展低軌天基網際網路試驗與應用示範。

根據計劃,「虹雲工程」將在「十三五」末前再發射4顆業務技術驗證星,並最終在「十四五」中期完成天地融合系統建設,具備全面運營條件。

2018年2月,酒泉衛星發射中心,長徵二號丁運載火箭成功將遠徵三號上面級及其搭載的「鴻雁」首發星等7顆衛星順利送入太空。衛星的成功發射標誌著「鴻雁」星座的建設全面啟動。

「鴻雁」星座由數百顆低軌衛星和全球數據業務處理中心組成,首期投資200億元。

「鴻雁」星座首發星配置有L/Ka頻段的通信載荷、導航增強載荷、航空監視載荷,可實現「鴻雁」星座關鍵技術在軌試驗。同時研製了地面系統與終端,衛星入軌後,可陸續開展衛星移動通信、物聯網、熱點信息廣播、導航增強、航空監視等功能的試驗驗證,為「鴻雁」星座的全面建設及運營提供有力支撐。

按照規劃,「鴻雁」星座一期預計在2022年建成並投入運營,系統由60顆核心骨幹衛星組成,主要實現全球移動通信、物聯網、導航增強、航空監視等功能;二期預計2025年完成建設,系統由數百顆寬帶通信衛星組成,可實現全球任意地點的網際網路接入。兩期系統建成後,數百個「小鴻雁」可填補地球表面的通信空白。

2020年2月,我國首顆5G衛星「銀河航天首發星」通信試驗成功。這顆衛星由銀河航天科技有限公司自主研製的首顆Q/V頻段衛星。在6月的時候由中國聯通牽頭,華為負責研發和生產,銀河航天負責衛星發射組網的三大巨頭合作也宣布一系列組網計劃。

但是目前,還沒有任何一個「計劃」公布試驗數據,可見真正商用還有一段時間,還有很多的技術難題需要突破。

再來看看地面基站無線通信技術。

先了解一個常識:

什麼意思呢?大概歸納為:光速=波長*頻率。

波長越長其穿透、繞行能力越強,但是頻率相應越低可轉化的信息量越少。

波長越短其穿透、繞行能力越差,但是頻率相應越高,可轉化的信息量越大。

目前的5G通信技術一個是華為提倡的釐米波,國內三大運營商獲得的5G頻譜中國移動獲得是2.6Ghz和4.9Ghz,而中國電信和聯通分別獲得了3.5Ghz附近的無線頻譜。

另一個就是高通、三星提倡的毫米波,頻率在28GHZ~30+GHZ。毫米波穿透、繞行能力已經達到了可開發的極限,所以覆蓋範圍也相對來說更小,通常情況下覆蓋半徑在300米以內。至於用太赫茲頻率通信或許只能應用在空曠場景下,並且要保證天氣晴朗,下一場雨估計都沒信號了。

目前5G通信的3GHZ頻率理論速率大約在1Gbps,30GHZ頻率理論速率在5Gbps左右(當然還有理論值不到220Mbps的,將會在下一篇文中講到這個問題)。如果我們下一步能把速率提高5Gbps就很不錯了。因為我們還面臨巨大的成本問題。

因為5G通信釐米波或毫米波穿透、繞行能力差,所以覆蓋範圍也相對較小,據估計要達到目前4G網絡的覆蓋率,至少要建設3倍的5G基站,投資將達到1.9萬億。

5G通信頻率高能耗也高,達到目前4G通信網絡同樣覆蓋率下,電費將是現在的7~9倍,光電費就超過目前三大運營商利潤之和。

再者,基站通信最終還是依賴光纖網絡傳輸,所以也必然受制於光纖網絡的帶寬。光纖網絡的更新換代也需要錢和時間。

就我們這些普通大眾來說,4G網絡都可以滿足需求,5G網絡就完全富餘了。

綜上所述,低軌衛星通信技術有覆蓋範圍廣可發展空間大,但是信號穿透能力差,還得依賴強大的地面接收和轉換;而地面基站通信在達到毫米波後既受制於電磁波特性沒有多大發展空間又沒有市場支撐。

所以下一代技術必然不再是追求速率、時延這些指標,而是空地融合網絡全覆蓋、信號穩定、質量可靠。

而傳說中的量子通信或許才是未來真正的顛覆之作。讓我們翹首以待吧!

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