5G技术方兴未艾

在刚刚结束的2019年里,5G无疑是最受人们关注的领域之一。新的一年刚刚开始,5G还未普及,日本就传来了关于6G技术的最新进展:日本NTT集团已经研发出6G超高速芯片,速度是5G技术的40倍!

5G方兴未艾,有的人已走在6G研发路上

据外媒报道,该项先进技术来自NTT集团旗下的NTT设备技术实验室,研究人员利用磷化In(InP)化合物半导体制造出了6G超高速芯片,并在300GHz频段进行了高速无线传输实验。当采用16QAM调制时,可以达到6G的峰值速率100Gbps。

据悉,100Gbps无线传输速率仅由单一载波实现,这也意味着未来能够扩展多个载波,加上MIMO和OAM等空间复用技术的融合,能够让6G网络传输速度与可使用频宽达到5G网络的40倍以上。NTT表示,它希望通过超高速集成电路带来新的服务和行业,并进一步推动技术发展。

相比5G,6G有什么特点?

当前,5G仍然处于高速发展阶段,全世界也仅有几个国家实现了5G商业化落地。就在5G争夺白热化的时刻,6G技术的问世可以说是人们在新一代移动通信技术上突破性的成就。

正所谓“装备一代,设计一代,预研一代”,虽然目前5G技术仍然是各国大力发展的对象,但是6G技术的研发也早已提上日程。

“集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18~24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍”,这就是著名的“摩尔定律”,也代表了技术迭代之迅速。如今,摩尔定律也适用于移动通信技术的创新上。6G的出现主要是为了促进物联网应用的发展,6G性能也在5G的基础上提升了10-100倍。在今年举办的全球首个6G峰会上发布的6G白皮书指出,相比5G,6G在具体技术指标上会产生以下新变化:

1、单用户网络最高传输速率可达1Tbps;

2、通讯频段由低于6GHz扩展到毫米波频段,网络容量将大幅提升;

3、网络时延或将达到0.1ms或以下;

4、定位精准度达厘米级;

5、设备同步时延小于1μs;

6、连接设备密度达每立方米数百个;

7、将具备超安全和超可靠、数据隐私保护、人工智能与无线网络融合等特性。

通过6G技术,人们可以达成全球网络无缝链接、实现网络信号覆盖全球任何一个角落的梦想,让深山里的孩子们接受到远程教育、让病人突破长距离空间限制接受远程手术等等。

可以说,6G的意义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”。

6G相关技术有哪些?

目前业界公认的6G相关技术包含“太赫兹频段”、“空间复用技术”两种。

“太赫兹频段”是一个频率比5G高出许多的频段,范围在100GHz-10THz。频率越高,允许分配的带宽范围就越大,单位时间内传输的数据量就越大,也就是人们常说的网速变快了。

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。

不过相应会出现的情况是,信号的频率越高,波长越短,信号的绕射能力也就越差,损耗也相应升高。也就是6G基站的辐射覆盖范围甚至会比5G基站还要差,自然也更小于4G基站。因此只能通过数量来弥补信号覆盖的不足,所以6G基站的建设密度也会极大提升。

“空间复用技术”重点体现在容量上,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。正如上面提到的,频率越高,信号损耗越大,覆盖距离越近,绕射能力越弱,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。

其中,“Massive MIMO”技术说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,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。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,接下来,就要用到“波束赋形”技术,通过复杂的算法对波束进行管理和控制,让信号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。

6G布局,我国已走在路上

2019年11月,我国科技部会同发展改革委、教育部、工业和信息化部、中科院、自然科学基金委在北京组织召开6G技术研发工作启动会。据了解,这次会议是围绕落实6G技术的前期研发工作,成立专家团队,负责提出6G技术研究布局建议与技术论证。这次会议也标标志着我国的6G技术研发工作正式启动。

会议上宣布成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组,其中,推进工作组由相关政府部门组成,职责是推动6G技术研发工作实施;总体专家组由来自高校、科研院所和企业共37位专家组成,主要负责提出6G技术研究布局建议与技术论证,为重大决策提供咨询与建议。会上,总体专家组代表介绍了6G技术研发态势及未来发展思路与建议;TD产业联盟、未来移动通信论坛代表分别介绍了前期工作开展情况、未来6G畅想及下一步工作计划的建议。

之前有消息称,美国在6G领域的研究已经取得了不小的突破,预计不久就可以实现可视化的进程,但这消息都只是传闻,并没有官方人员出来证实。从美国对华为的打压也可以看出,若美国研发6G是真的,又何必害怕别国的5G发展呢?

纵观移动通信发展史,从模拟技术演进到2G用了30年,从2G到3G用了15年,从3G到4G用了5年。如今我国已跻身5G头部玩家之列,6G虽未正式开始,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。

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