6G移動通信的技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景

張博文 林君

摘 要：本文通過參考近年來國內(nèi)外對6G移動通信技術(shù)的研究情況，分析了6G移動通信應(yīng)用的頻率技術(shù)（太赫茲），并對6G移動通信技術(shù)突出優(yōu)勢進(jìn)行了總結(jié)，初步預(yù)測了6G移動通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：6G移動通信技術(shù);太赫茲;空間復(fù)用技術(shù)

中圖分類號：TG386.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2019）29-0037-02

Talking about the Technical Application and Development

Prospect of 6G Mobile Communication

ZHANG Bowen LIN Jun

（Yanbian University，Yanji Jilin 133002）

Abstract： This paper analyzed the frequency technology （terahertz） of 6G mobile communication application by referring to the research situation of 6G mobile communication technology at home and abroad in recent years， and summarized the outstanding advantages of 6G mobile communication technology， and preliminarily predicted the application fields and development prospects of 6G mobile communication technology.

Keywords： 6G mobile communication technology;terahertz;space reuse technology

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和移動數(shù)據(jù)需求的日益增長，第五代移動通信系統(tǒng)5G蓬勃發(fā)展，同時越來越多的外部設(shè)備正接入5G移動網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)開始投入商用時，研究機(jī)構(gòu)及科研人員便開始研發(fā)下一代移動通信系統(tǒng)。6G移動通信技術(shù)是建立在5G移動通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上，屬于5G移動通信技術(shù)的全面優(yōu)化和拓展延伸，并匯集了5G所未涉及的技術(shù)領(lǐng)域[1]。預(yù)計6G基站將同時接入上千個無線連接且其容量可高達(dá)5G基站的1 000倍，下載速度預(yù)計可達(dá)1TB/s。6G移動通信將應(yīng)用全新的太赫茲頻譜頻段，廣泛使用空間復(fù)用技術(shù)，并在高速通信、衛(wèi)星雷達(dá)、物聯(lián)網(wǎng)等十余個領(lǐng)域起到核心作用。

1 太赫茲和空間復(fù)用技術(shù)

1.1 太赫茲

太赫茲，也被稱為亞毫米波，是下一代通信技術(shù)的傳輸頻段。按照通信原理來理解頻率和傳輸量的關(guān)系，頻率越高，傳輸波長就會越短，帶寬范圍逐漸擴(kuò)大，那么在一定時間內(nèi)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量就會由小變大。6G移動通信技術(shù)為了能夠?qū)崿F(xiàn)超高速通信的目標(biāo)，便啟用了太赫茲波來替代毫米波作為新一代移動通信技術(shù)的傳輸方式[2]。太赫茲波的頻譜頻率為0.3～3THz，滿足高頻的需求，與5G相比，高頻率的太赫茲波將使網(wǎng)速提升10多倍。通過查閱6G通信技術(shù)的相關(guān)資料，歸納整理6G移動通信關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)參數(shù)，如表1所示。

太赫茲技術(shù)作為國家級前沿科技的領(lǐng)頭羊，已經(jīng)在我國許多科技領(lǐng)域受到重用。舉例來講，太赫茲波大可以作為新一代的人體醫(yī)療成像技術(shù)，替代X-rays，與當(dāng)下正在使用的X-光相比，其對人體造成的傷害減少很多。

1.2 空間復(fù)用技術(shù)

6G移動通信將使用空間復(fù)用技術(shù)，6G移動通信基站可以同時接入上千個無線外部連接，容量將達(dá)到5G的1 000倍。MIMO技術(shù)是通過增加天線的數(shù)量構(gòu)造多天線陣列來補(bǔ)償高頻路徑上的傳輸損耗，空間復(fù)用技術(shù)的作用是能在MIMO多天線的陣列配置下提高傳輸數(shù)據(jù)量。高速率的數(shù)據(jù)流在信號的發(fā)射端被分割為多個低速率的子數(shù)據(jù)流，分割得到的不同子數(shù)據(jù)流在不同的天線上以相同的頻段發(fā)射出去，又因為發(fā)射和接收端天線陣列之間的空域子信道不同，接收天線能夠區(qū)分這些同頻并行的子數(shù)據(jù)流，故不再需要消耗額外的頻率或時間來識別這些數(shù)據(jù)流。

空間復(fù)用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是能在不占用額外帶寬和消耗額外功率的情況下增加信道容量，提高頻譜頻段的利用率。但MIMO技術(shù)構(gòu)造的多天線陣列會使大部分發(fā)射出的能量聚集在極窄的空間范圍內(nèi)，即天線數(shù)量越多，發(fā)射波束的寬度越窄，各個用戶終端和不同的波形之間干擾很小，最后利用波束賦形技術(shù)便可以對信號進(jìn)行焦點(diǎn)式覆蓋。5G移動通信以MIMO技術(shù)作為核心從而提高了頻譜利用率，那么MIMO也同樣會為6G提供技術(shù)支持。

2 6G移動通信技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景

2.1 6G的信號覆蓋和頻段問題

2.1.1 信號覆蓋問題。從信號的頻率角度來看，信號的頻率越高，則信號的波長越短，如果信號在傳播時遇到大的障礙物，其繞射能力也就會由強(qiáng)變?nèi)?，傳播的損耗也就隨繞射能力的變?nèi)醵龃?。這種傳播損耗與傳播距離成正比，它會隨著傳輸距離的增加而被放大，因此從通信基站發(fā)射出的無線電信號的覆蓋范圍便會由于信號的傳播能力變?nèi)醵档汀?/p>

2.1.2 頻段變高的原因。通信頻段由低向高處拓展有兩個原因。其一，由于通信頻率變高，單位時間內(nèi)由通信系統(tǒng)向用戶端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就會由于頻率變高而變大，以此能達(dá)到高速通信的目的;其二，所有用戶終端將從有限寬度的頻譜帶寬獲得服務(wù)。當(dāng)信號功率達(dá)到最高功率的一半時，頻譜帶寬會因大量用戶終端的分配而降低，造成每個用戶終端獲得的服務(wù)質(zhì)量驟降。

2.2 6G移動通信技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 高速通信。相比目前應(yīng)用的mmWave通信頻段的頻譜，太赫茲頻段可以提供更多的頻譜資源用于超寬帶以及超高速無線通信，預(yù)計可超過100Gbps。

2.2.2 生命科學(xué)應(yīng)用。太赫茲波對人體無害，故可廣泛應(yīng)用于對人體局部成像和疾病的醫(yī)療診斷，如對各種癌癥的檢測，還可以應(yīng)用在對DNA束縛狀態(tài)的測定和蛋白質(zhì)復(fù)合物的檢測等。

6G移動通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還有很多，未來，6G將應(yīng)用到任何可能涉及的領(lǐng)域。圖1是6G未來的12大應(yīng)用場景。

2.3 6G的發(fā)展前景

6G移動通信系統(tǒng)將打造一個海陸空全覆蓋全連接的通信網(wǎng)絡(luò)世界，荒漠叢林等移動網(wǎng)絡(luò)信號盲區(qū)也將實(shí)現(xiàn)全覆蓋。6G移動網(wǎng)絡(luò)信號將覆蓋所有偏遠(yuǎn)山村，讓深山里的農(nóng)民百姓能接受實(shí)時遠(yuǎn)程醫(yī)療，讓山里的孩子能夠獲得現(xiàn)代化遠(yuǎn)程教育。在北斗衛(wèi)星等其他衛(wèi)星系統(tǒng)的聯(lián)動支持下，6G移動通信系統(tǒng)還能更快更準(zhǔn)地幫助人類預(yù)測天氣及各種自然災(zāi)害，這就是6G的未來。

3 結(jié)語

盡管6G移動通信技術(shù)正處在初步研發(fā)階段，但是其前景可以預(yù)見，6G一定會成為未來通信的核心技術(shù)。6G移動通信技術(shù)的發(fā)展將會突出三個優(yōu)勢。一是國內(nèi)外會在6G通信技術(shù)的研發(fā)上加大力度，通過技術(shù)的不斷革新，促進(jìn)各國科技事業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的共同發(fā)展;二是6G移動通信技術(shù)的性能會不斷地優(yōu)化更新，相比5G通信，會帶給用戶更加極致的體驗;三是6G通信技術(shù)的用戶會不斷增多，適用范圍也會不斷擴(kuò)大，那么6G移動通信將會成為未來人類通信的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廣泛覆蓋甚至全覆蓋也指日可待。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳亮，余少華.6G移動通信發(fā)展趨勢初探（特邀）[J].光通信研究，2019（4）：1-8.

[2]趙亞軍，郁光輝，徐漢青.6G移動通信網(wǎng)絡(luò)：愿景、挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù)[J].中國科學(xué)（信息科學(xué)），2019（8）：963-987.