6G時代的空天地海

項立剛

打通人的神經(jīng)系統(tǒng)，用芯片來進(jìn)行存儲，用芯片來實(shí)現(xiàn)人腦信息溝通，是人類發(fā)展的重要一步。這個領(lǐng)域要實(shí)現(xiàn)真正意義上的突破，是一個漫長的過程，但一定是6G努力的方向。

全球科研人員已經(jīng)啟動了與6G相關(guān)的早期工作。2019年3月24日至26日，全球第一屆“6G無線峰會”在芬蘭召開。隨后據(jù)韓國媒體報道，韓國主要移動運(yùn)營商SK電信公司在6月12日和13日先后與芬蘭諾基亞公司和瑞典愛立信公司簽署了諒解備忘錄，聯(lián)手提升商用5G網(wǎng)絡(luò)的性能，并開發(fā)6G相關(guān)技術(shù)，以便在下一代移動通信技術(shù)領(lǐng)域搶占先機(jī)并探索新的商業(yè)模式。

中國華為公司消費(fèi)者業(yè)務(wù)CEO余承東近日在接受采訪時表示，6G正在研發(fā)中，估計還需要10年時間。

6G的愿景

現(xiàn)在研究6G的人，并不知道什么是6G，因為6G標(biāo)準(zhǔn)的最后確定，是需要國際電信聯(lián)盟討論認(rèn)定的。現(xiàn)在的研究者只是對需求、技術(shù)、能力做出分析，形成可能性。那么，在5G已經(jīng)解決了高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低時延、萬物互聯(lián)、安全問題的基礎(chǔ)上，人類對于移動通信還有哪些需求呢？

過去，水下網(wǎng)絡(luò)覆蓋根本沒有被考慮，6G時代可進(jìn)行規(guī)劃并取得突破，讓水下通信成為整個網(wǎng)絡(luò)覆蓋體系的一部分。比如，在近海、江河、湖泊中，水體品質(zhì)、水下生物、水下養(yǎng)殖產(chǎn)品、水體溫度變化、水中營養(yǎng)物含量、污染物含量、水下堤壩位移度等諸多領(lǐng)域都需要監(jiān)測。水下監(jiān)測如果有網(wǎng)絡(luò)覆蓋，將在很大程度上提升監(jiān)控和管理能力。

6G還可以在采集海洋數(shù)據(jù)，監(jiān)測環(huán)境污染、氣候變化、海底異常、地震或火山活動，探查海底目標(biāo)，水下遠(yuǎn)距離圖像傳輸，甚至軍事領(lǐng)域，發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

6G的重要一步，就是通過衛(wèi)星、地面站、小基站、水下基站等技術(shù)和方式，把天空、地面、地下、水中聯(lián)成一個整體，讓網(wǎng)絡(luò)真正地泛在。這些能力對通信業(yè)來說，目前還有不小的挑戰(zhàn)。這些網(wǎng)絡(luò)要想聯(lián)成一個整體，形成新的商業(yè)模式，還有許多需要改進(jìn)和完善的地方。

大范圍蜂窩網(wǎng)絡(luò)

6G網(wǎng)絡(luò)需要更大的帶寬。5G的峰值速度是20Gbps，而6G的峰值速度會達(dá)到100Gbps;5G的單信道帶寬為100MHz，通過多個1GHz的帶寬進(jìn)行組合，最后可以實(shí)現(xiàn)100Gbps的速度，而6G的單信道帶寬會達(dá)到1GHz。要實(shí)現(xiàn)1GHz的單信道帶寬，較低頻段的頻譜顯然不足以支撐，這就必須把更多的頻譜拿出來用作移動通信。

移動通信發(fā)展到今天，最大的瓶頸是需要頻譜。頻譜是有限的，雖然理論上我們有大量的頻譜可以使用，但是高品質(zhì)的頻譜并不多。要實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的信息傳播，就需要使用高波段的頻譜。衛(wèi)星使用Ka波段的頻譜，帶寬是寬了，但是抗干擾是一個大問題。

有沒有可能超越頻譜進(jìn)行移動通信？量子通信就是一個可能性，即通過量子糾纏技術(shù)進(jìn)行信息的傳遞。目前人類還沒有實(shí)現(xiàn)真正的量子信息傳遞，它的能力主要還是加密，但如果使用量子糾纏進(jìn)行信息傳播，就能讓人類在移動通信領(lǐng)域跳過頻譜的限制，實(shí)現(xiàn)突破。

讓信息傳輸更直接，讓信息存儲更穩(wěn)定，是人類未來必須要面對的一個選題。打通人的神經(jīng)系統(tǒng)，用芯片來進(jìn)行存儲，用芯片來實(shí)現(xiàn)人腦信息溝通，是人類發(fā)展的重要一步。這個領(lǐng)域要實(shí)現(xiàn)真正意義上的突破，是一個漫長的過程，但一定是6G努力的方向。

水陸空一體化

目前，移動通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是兩個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，各自運(yùn)營，不能相互融合補(bǔ)充。6G時代，可能出現(xiàn)天地一體化的趨勢，一個網(wǎng)絡(luò)不僅可以通過地面基站進(jìn)行陸地覆蓋，還可以通過低軌道衛(wèi)星和高軌道衛(wèi)星進(jìn)行共同組網(wǎng)，在地面上通過眾多的直放站、小基站進(jìn)行深度覆蓋。這種網(wǎng)絡(luò)的融合可以兼顧面與點(diǎn)，衛(wèi)星保證了地球的任何一個角落都可能有網(wǎng)絡(luò)存在。

同時，在人口密集地區(qū)，或當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)不夠密集的地區(qū)，甚至地面以下，如地鐵、隧道、停車場、礦山等信號較差的特殊場所，也能進(jìn)行深度覆蓋。

5G已經(jīng)開始采用毫米波，可以預(yù)計，6G時代，太赫茲將進(jìn)入人們的視野。太赫茲波的波長在3～1000μm，頻率為0.1～10THz，是介于微波與紅外線之間的電磁波。太赫茲波介于無線電波和光學(xué)波之間，這在一定程度上賦予了它和其他電磁波不同的特性。它兼具微波通信和光波通信的優(yōu)點(diǎn)，擁有傳輸速率高、容量大、方向性強(qiáng)、安全性高及穿透性強(qiáng)等特征。

頻率越高，通信容量就越大，這是通信領(lǐng)域的基本原理。太赫茲波的頻率比目前使用的微波要高1～4個數(shù)量級，它能提供10Gbits/s以上的無線傳輸速率，這是微波無法達(dá)到的高度，它對解決信息傳輸受制于帶寬的問題有較大的好處。

未來的網(wǎng)絡(luò)會是在一個龐大的光網(wǎng)絡(luò)下，通過以家庭為主要單位的眾多小基站，形成一個超高密度、超高速度、密集部署的網(wǎng)絡(luò)體系。在這個體系中，太赫茲技術(shù)能利用高速率、大容量和高穿透性，實(shí)現(xiàn)在家庭和辦公環(huán)境的全面部署。

此外，電磁波頻段越高，繞射、穿透能力越差。毫米波很難有穿透能力，因此在人口密集的城市里，無論是辦公還是家庭部署，都存在較大問題。而太赫茲波因為接近光波，擁有較好的穿透性。同時它不需要和其他行業(yè)爭搶頻譜，故而可以實(shí)現(xiàn)大帶寬。

通信網(wǎng)絡(luò)更智能

一個值得探討的問題是，未來6G的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，是一個復(fù)雜的體系，對資源的要求極高，那么是否需要在一個國家建立幾張網(wǎng)絡(luò)呢？如果真是這樣，一方面資源非常有限，另一方面網(wǎng)絡(luò)之間的互相干擾也是很大的問題。與此同時，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)深入到世界的每一個角落，一個地方若有三套或更多的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，不僅是浪費(fèi)，網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)也會受到很大影響。

基于此，6G時代可以探索在一個國家只建設(shè)一張全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)。這樣既可以充分利用資源，減少一個地方配置幾套設(shè)備的浪費(fèi)行為，還可大大減少站址租用的成本，也避免了網(wǎng)絡(luò)之間的干擾。而且這樣的網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)更高，對用戶的影響也會更小。

當(dāng)然，也不可能把多個運(yùn)營商變成一個運(yùn)營商，導(dǎo)致完全沒有競爭。這就需要網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)進(jìn)行分離，在一個網(wǎng)絡(luò)上，多家運(yùn)營商利用相同網(wǎng)絡(luò)提供各自的業(yè)務(wù)。電信運(yùn)營商的競爭力，主要體現(xiàn)在管理、平臺、研發(fā)、運(yùn)營、服務(wù)和支撐等方面。各自的特點(diǎn)不同，提供的服務(wù)水平有差異，用戶就能有不同的選擇。

（摘自《環(huán)球》）