我们正处在 5G 技术方兴未艾的时代。然而，从无线运营商、芯片制造商到元技术供应商的顶级技术公司都在朝着无线通信的下一个里程碑——6G 进军。
人们希望网络支持更复杂的、数据密集型的应用程序，连接更多的设备和数据源，并享受持久的、无延迟的数据连接，这推动了对更快、容量更大的网络的需求。在 6G 技术被完全开发后，可以支持每秒 1 TB 的数据传输速率（理论上比 5G 提供的每秒 10GB 的最高速度快 100 倍），网络容量是 5G 网络的 50 到 100 倍，有望形成一个更大的设备互联的生态系统，使消费者、公司和基于基础设施的设备在同一网络上运行，而不会对性能造成影响。此外，5G 网络的延迟率通常为 4 毫秒，6G 可以将延迟几乎降低到零，每个接入点可能能够同时支持多个客户端。6G 的愿景及其技术基础仍在形成之中。大量的科技公司、政府和产业集群都在致力于实现持久、可靠和快速的通信基础设施，为移动应用程序智慧城市、V2x 通信、虚拟显式和增强现实技术，甚至个人生物数据系统提供支撑。英国自动化测试和保障解决方案提供商 Spirent 的市场策略主管 Stephen Douglas 表示：「我认为，6G 的关键之处在于，它将形成网络的网络，是互补技术的混合体，相当令人耳目一新。除了在地球上构建一个宏观的网络，可能还会产生人体区域网络，人类也是其中的一部分」。6G 很可能将无线网络与卫星、无人机、海上网络和光纤连接网络相互连接，从而形成一个完全连接的生态系统。
01大量的市场活动尚无标准
目前还没有机构制定或发布 6G 的标准，管理该技术的功耗和无线信号传输方面仍有大量的工作需要完成。美国联邦通信委员会（FCC）已经为早期研究、开发和测试分配了 95 GHz 和 3THz 的频段。2020 年 10 月，总部位于华盛顿特区的电信行业解决方案联盟（ATIS）成立了负责制定移动技术的技术和操作标准的 Next G 联盟。该联盟包括美国四家主要的电信公司（AT&T、T-Mobile、U.S. Cellular 和 Verizon），以及爱立信、Facebook、英特尔、LG、微软和高通等公司，ATIS 的成立是为了推进美国在 6G 中的领导地位，重点关注在 6G 部署的整个生命周期（从研发、制造到标准化和市场准备）中，使该技术的市场参与者保持一致。
「它将成为网络的网络，互补技术的混合体」
当然，其他国家和公司也在努力开发可用于 6G 网络研发的技术。芬兰奥卢大学启动了「6Genesis」研究项目，旨在在 2030 年开发出 6G 技术，并与日本的「超越 5G 促进联盟」签署了合作协议，以协调芬兰 6G 旗舰公司在 6G 技术方面的研究工作。与此同时，韩国电子和电信研究所正在进行 6G 的 THz 频段的研究，三星宣布计划向芯片组制造等领域投资超过 2000 亿美元，以支持 6G 基础设施和设备的研发。
美国国内的从业者一致认为，不仅要考虑以非常高的频率发送数据的技术挑战，还要确定一个或多个 6G 网络如何才能最好地服务于一系列新的数据密集型应用。
ATIS 的技术和解决方案副总裁 Mike Nawrocki 说：「我们想尽快进入 6G 时代，把北美/美国的工业界、政府和学术界凝聚在一起。不仅仅从技术的角度来考虑问题，还要考虑到应用、社会驱动因素、未来的频谱需求，以及所有需要很多年才能解决的大的市场问题」。
在美国，人们正致力于确定 6G 如何更好地服务于一系列新的数据密集型应用。
IEEE 出版的《International Network Generations Roadmap，2022 年版》呼应了这一观点，改文件指出：「网络世代的进化和部署不仅受到不断出现、演化和潜在的技术融合的影响，还受到局部和世界的社会经济、健康状况和政治因素的影响」。
由于开发合适的应用程序和用例、设置 6G 标准和度量指标以及建立和测试网络技术和基础设施方面必须完成重要的工作，6G 的商业化可能需要 8 到 10 年的时间。与功能齐全的 5G 网络相比，6G 技术要实现更高的速度、可靠性、伸缩性、更大的网络容量和更低的延迟，这些技术障碍是重大的挑战。
02高频频谱传播的不足之处
确定传输更快数据速率的技术方法 是 6G 技术发展的一个关键挑战。目前，研究者们正探索多条技术路径，很可能会使用支持在其部署区域内提高频谱效率的信号多路复用技术，包括非正交多址接入（NOMA）和大规模多输入多输出（mMIMO）等技术。
虽然这些方法提供了更大的网络容量（就一个区域内可服务的用户数量而言），但它们并不能提高每个设备或用户的频谱效率，这意味着每个被服务的设备不会看到更高的数据容量。
此外，这些方法可能会引入更大的系统延迟，具有能量利用效率低的特点。基于正交频分复用（OFDM）的 NOMA 系统则可以实现合理的频谱效率增益。OFDM 已被应用于 5G 系统和 Wi-Fi 802.11无线局域网标准中。
另一种支持更高设备数据吞吐量的方法是将传统的 OFDM 波形与额外的调制技术配对使用，该技术可以为每个 OFDM 符号传输额外的数据再创建一个维度。已经有一些研究工作讨论了空间调制 OFDM、副载波-索引调制、带索引调制的 OFDM 和带有副载波数调制的 OFDM 等技术，它们很可能为 6G系统提供更高的数据吞吐量。
除了需要支持更高的数据速率，通过空中接口发送数据通常需要比 4G 或 5G 网络使用的更高的频率。目前的 5G 信号的工作频率在 3.4Ghz 到 3.8Ghz 之间，而未来的 5G 实现工作频率将达到约 5Ghz，无线 6G 网络可能会使用 THz 或 sub-THz 范围内的频率，大约为 95Ghz 到 3Thz。
信号传播是一项重要的挑战。无线电信号能够传播的距离随着传输频率的增加而减小。考虑到高频 6G 信号的辐射范围相对较短（10 米）， 6G 网络可能需要更密集的基站和中继器网络。
为了在无需安装成百上千个耗电的天线或信号中继器的条件下，使用高频频谱传输无线电波，一个潜在的解决方案是使用可重构智能表面，这种表面可以由具有特殊特性的材料制成，可用于重定向 6G 信号，在不需要专用电源的情况下充当放大器。石墨烯就是其中一种单层的基于六角形矩阵的材料，可以用于感知和反射特定方向的电磁波，增强和反射无线信号。
LG 电子和欧洲研究实验室「Fraunhofer-Gesellschaft」使用自适应波束形成和高增益天线开关技术，在约 300 英尺的155GHz-175GHz 频段实现了 15 分贝毫瓦还有传输。中国工业和信息化部正在投资并监督 6G 技术的研发。政府支持的紫金山实验室于 2022 年 1 月宣布，在受控环境中实现了高达 206.25 千兆/秒的无线传输速度。
6G: 网络的网络？
