6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)及對(duì)人類生活的影響

趙德權(quán)

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引 言

近年來，人們的生活水平不斷提高，對(duì)科技信息有了更高的要求。5G信號(hào)的普及和商業(yè)化進(jìn)程加快促使了信息科技水平的日趨提升。相關(guān)研究機(jī)構(gòu)已認(rèn)識(shí)到6G通信技術(shù)的發(fā)展前景，并對(duì)6G展開了新的探索?，F(xiàn)階段，6G研究處于設(shè)想階段，少部分研究在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和高新產(chǎn)業(yè)區(qū)開展，如硅谷和中關(guān)村等國(guó)家重點(diǎn)科研聚集區(qū)。從理論層面分析，6G的下載速度能達(dá)到1 Tb/s[1]。

1 通信技術(shù)發(fā)展概況

1.1 第一代通信技術(shù)（1G）

1G為接聽電話擺脫了電線的束縛。完成了從最初的電話信號(hào)傳輸需要電線到去除電線等通信設(shè)施的轉(zhuǎn)變，打開了移動(dòng)通信的研究路程。其傳輸?shù)男盘?hào)主要是模擬信號(hào)。

1.2 第二代通信技術(shù)（2G）

2G傳輸是數(shù)字信號(hào)。相對(duì)于1G而言，其傳輸范圍更廣。現(xiàn)在的電話大部分采用的還是2G網(wǎng)絡(luò)[2]。

1.3 第三代通信技術(shù)（3G）

3G傳輸采用全新的信息編碼，可展開移動(dòng)多媒體多項(xiàng)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖片和音樂等一些較大數(shù)據(jù)的傳播。其改變了手機(jī)僅用于電話的情況，但因網(wǎng)速慢，因此具有進(jìn)一步的研究空間。

1.4 第四代通信技術(shù)（4G）

4G在數(shù)據(jù)傳輸方面融入了新型技術(shù)，相比3G而言，4G傳輸效率更高且速度更快。對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的普及也隨著4G開始不斷延伸。

1.5 第五代通信技術(shù)（5G）

5G的特點(diǎn)在于萬物互聯(lián)。因5G具傳輸效率高和延遲低等特點(diǎn)，可以將場(chǎng)景實(shí)時(shí)傳輸至接收方，在移動(dòng)或間隔距離較大情況下實(shí)現(xiàn)通信需求的同時(shí)，管理相關(guān)信息。在無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，可以看到歷代通信技術(shù)均是為了滿足人們對(duì)信息傳播的需求，而且都是基于上一代無線通信的發(fā)展期望。

2 6G通信技術(shù)重要性

6G是由英國(guó)電信集團(tuán)首席網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師提出的設(shè)想，其認(rèn)為6G是5G+衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，即在5G的基礎(chǔ)上集成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。6G是第六代無線通信的簡(jiǎn)稱。根據(jù)現(xiàn)在一些6G研究機(jī)構(gòu)獲取的信息來看，一些國(guó)家和企業(yè)已經(jīng)開啟了相關(guān)研究，但是還沒有達(dá)到統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。隨著現(xiàn)在人們對(duì)圖片和視頻清晰度的需求越來越高，數(shù)據(jù)信息含量越來越大，現(xiàn)有的通信技術(shù)已無法滿足人們的需求。5G在帶寬、連結(jié)方式以及速度方面獲取了質(zhì)的突破，可在人與人、人與物以及物與物間形成海量聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。但也存在一定的局限性，其帶寬僅為對(duì)4G的擴(kuò)展，較為有限，且其信號(hào)的傳輸只能依賴于地面基站，而海洋和天空等區(qū)域卻無法進(jìn)行基站建設(shè)。6G網(wǎng)絡(luò)在此基礎(chǔ)上提出，旨在突破局限，以實(shí)現(xiàn)其更加寬、廣、快以及省的特點(diǎn)。5G和6G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵能力對(duì)比如表1所示。

表1 5G和6G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵能力對(duì)比

3 6G技術(shù)優(yōu)勢(shì)

通信設(shè)施是發(fā)展無線通信技術(shù)的關(guān)鍵。對(duì)于6G時(shí)代所想要達(dá)成“天地萬物、皆隨我心”的愿景，需支持新技術(shù)系列，從而經(jīng)由天地?？盏闹腔坻溄訉?shí)現(xiàn)世界關(guān)聯(lián)方式的徹底改變。結(jié)合4G和5G經(jīng)驗(yàn)針對(duì)，進(jìn)行了初步探討了6G時(shí)代的關(guān)鍵性技術(shù)，認(rèn)為其表現(xiàn)為以下3個(gè)方面。

3.1 新頻譜通信

無線電為移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，其頻譜雖多，但資源卻是有限的。頻譜對(duì)于通信技術(shù)而言，是一種專有的基礎(chǔ)設(shè)施。并且在通信上屬于稀有的通信構(gòu)建項(xiàng)目。據(jù)頻譜資源特點(diǎn)和6G技術(shù)需求，可采用超高頻和可見光頻譜區(qū)段，發(fā)揮萬物互聯(lián)的作用。

3.2 太赫茲技術(shù)

太赫茲波技術(shù)信息傳播有著資源傳輸量大和傳輸速率高的特點(diǎn)。2018年世界移動(dòng)通信大會(huì)上提出，可以將太赫茲技術(shù)用于6G的信息傳輸。太赫茲波是一種在0.1～10 THz電磁波上發(fā)展的技術(shù)，波長(zhǎng)為30～3 000 μm。頻譜介于微波和光波之間太赫茲波的獨(dú)特個(gè)性使其較其他波段在傳播上更具優(yōu)勢(shì)，在短距離的傳播中，使無線通信可達(dá)到更高的層次。太赫茲波的傳輸因波束窄有著非常安全的效果，在短距離中能夠精確傳輸，在2～5 km可以實(shí)現(xiàn)保密運(yùn)輸，被盜取風(fēng)險(xiǎn)較低[3-5]。其波段高，在傳輸過程中可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的運(yùn)輸，可以容納大量的通信信息，滿足當(dāng)時(shí)的信息傳輸頻率。在外太空的條件下，因?yàn)槭钦婵湛臻g，所以信號(hào)損傷會(huì)大大降低，在低功率的條件下便能做到傳輸信息的效果，接收也相對(duì)容易，適合衛(wèi)星之間的信息互聯(lián)，能夠達(dá)到預(yù)期建立多領(lǐng)域互聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)體系。此外，太赫茲波的長(zhǎng)短更能滿足密集城區(qū)的信號(hào)覆蓋，能量需要低，可以為信息載體提供更高能量。而且穿透能力強(qiáng)，信號(hào)能在一些特殊環(huán)境中傳播。但目前對(duì)于太赫茲波的監(jiān)管尚未明確，對(duì)于以后的傳播情況也需要更多的探究。

3.3 可見光通信

在6G較為復(fù)雜的通信環(huán)境下，既往的傳統(tǒng)無線通信技術(shù)較難發(fā)揮全面高速覆蓋作用。可見光通信為高速率通信方式，其頻譜無須授權(quán)，可作為常規(guī)無線局域網(wǎng)絡(luò)的最好替代，具有無電磁輻射、對(duì)人體無害以及高保密性等特性，可覆蓋人們80%左右的活動(dòng)范圍。此外，可見光通信利用400～800 THz超寬頻譜，可在大氣內(nèi)外和水面以下等場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)通信。

4 6G的特殊運(yùn)用

4.1 空天海一體化

所謂空天海一體化是指在5G所開展的地面?zhèn)鞑セA(chǔ)上向海洋與天空進(jìn)行深入和延伸，覆蓋太空、海洋以及陸地等多個(gè)空間，將這些空間聯(lián)系在一起。6G可基于無人飛行器和衛(wèi)星等基礎(chǔ)設(shè)施，滿足容量和覆蓋需求，促使實(shí)現(xiàn)立體三維（3D）網(wǎng)絡(luò)，形成空天海一體化。其具有以下特點(diǎn)。一是在空間傳播中的傳播路徑遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量會(huì)受到影響，甚至出現(xiàn)信號(hào)延遲或中斷現(xiàn)象。二是空間傳播的節(jié)點(diǎn)不容易計(jì)算，由于空間傳播的基站要以衛(wèi)星作為傳播媒介，因此對(duì)于基站的分布和高度設(shè)置均有較高的要求。三是在系統(tǒng)交換與管理方面，對(duì)空間的信息傳播和后期的管理與維護(hù)都會(huì)有較大難點(diǎn)。在不容的通信設(shè)備上，資源傳輸也會(huì)受到影響。衛(wèi)星間的信息傳輸與地面的信息傳輸有著較大的區(qū)別，但隨著科技的發(fā)展，此類問題會(huì)迎刃而解，并會(huì)安排出合理的衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)。

天地一體化的通信將會(huì)運(yùn)用到地球表面上一些現(xiàn)有信號(hào)無法達(dá)到的區(qū)域，如山川、島嶼以及海洋等。完善應(yīng)急設(shè)施，在出現(xiàn)緊急情況時(shí)多種傳輸方式是對(duì)災(zāi)情預(yù)防的保障。天地一體化的通信也會(huì)運(yùn)用到偏遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和GPS，可減少地面信息傳輸壓力。對(duì)于現(xiàn)在的天地一體化建設(shè)目標(biāo)設(shè)想，將會(huì)使人們的生活更加便捷，還能提高整體社會(huì)的信息傳送效率，促進(jìn)物流和導(dǎo)航等方面的快速發(fā)展。

4.2 水下傳輸

水下傳輸方式包括水下電磁波通信、水下聲吶通信及水下光通信。其中，水下光通信在沿海水域通信中獲得頻繁應(yīng)用，其通信范圍雖僅可達(dá)到幾米，但帶寬卻較高，且可改變相關(guān)操作，因此在平臺(tái)實(shí)施短距離通信中是可行的。受限于水的特殊環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)構(gòu)建不同通信距離和不同數(shù)據(jù)速率的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，6G依托水聲通信和可見光通信結(jié)合形成的聲光混合網(wǎng)絡(luò)，在水下傳輸中發(fā)揮重要作用。就各個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，可見光通信具低延遲和高數(shù)據(jù)速率優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，水聲通信可彌補(bǔ)長(zhǎng)通信距離的系統(tǒng)短板。使用聲光混合網(wǎng)絡(luò)是在水下傳輸?shù)淖罴逊椒ā?/p>

4.3 AI的智能“靈”

對(duì)于6G的設(shè)想，還包括通過電子設(shè)備建立一個(gè)思維組織。通過思維組織的運(yùn)算完成傳輸，感知環(huán)境變化，并對(duì)新的變化提供切實(shí)可行的辦法，達(dá)到人、物以及機(jī)的結(jié)合。

5 結(jié) 論

實(shí)現(xiàn)6G建設(shè)對(duì)于建立可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸意義重大。6G概念雖已提出，但研究尚處于初步階段，而且還存在很多技術(shù)挑戰(zhàn)。隨著網(wǎng)絡(luò)在信息世界的建立，此項(xiàng)研究也越來越重要，越來越成熟。其中，安全可靠性是網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向。