6G已启动!下载速度是5G的100倍

当我们还在迷茫5G能给我们带来什么的时候,6G又开始进入大众的视野。近日,科技部发布了《国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”重点专项2019年度项目申报指南建议》征求意见。其中,在2019年专项中,至少有6个6G研究项目。

一、研究6G为时过早?

5G尚未商用,6G研究是否过早呢?

对于6G,不止是部分吃瓜群众觉得现在研究太早了,一些专业人士也持有此类的看法。

曾经在西班牙电信工作了17年的现任英国政府国际贸易机构首席科学顾问Mike Short就说道:“我认为,在2022年之前,6G都不值得大家对其付出努力。我们现在需要做的是发掘用户对5G真正的需求,先把5G商用用好了再来说6G。”

其实不然!中国信通院技术与标准研究所副所长万屹对此回应称:

“搞科研一般都要超前于市场应用。有一句话叫‘使用一代、研究一代、储备一代’。说俗点就是,吃着碗里的、盯着锅里的、想着田里的。现在大部分地区应用的是4G技术,5G很快就要投入市场,这个时候启动下一代通信技术的研发工作很正常。”

另外,单从5G的发展我们也能明白。5G的毫米波技术并不是在4G显示出局限性才开始研究的,其理论基础早在18年前(2000年)就已经完成了,而工业界实现毫米波技术的成熟却是在10-15年之后。到现在,毫米波5G的大规模商用部署仍然是一个难题。

5G的毫米波尚且如此,更何况是6G使用的太赫兹频段呢。所以,6G研究一点也不早,而且要尽快行动了。

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此外,提前布局6G网络也是为了未雨绸缪、占得先机。随着5G连接规模不断扩大,网络压力随之增加,6G一定会到来。

在5G的研究上,我国已跻身“第一梯队”。而6G虽未正式开始,现在也已陆续有国家着手研发。

日前,工信部IMT-2020(5G)无线技术工作组组长粟欣接受记者采访时表示,6G概念研究在今年启动。预计2020年将正式开始6G研发,2030年投入商用。

除中国外,目前正在进行6G相关概念设计和研发工作的国家和地区还有美国、俄罗斯、欧盟等。

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,6G的战略意义不言而喻。

那么6G将包含哪些技术,会实现哪些不可思议的应用呢?目前6G的研发还处于概念阶段,我们先来开开脑洞,展开想象的翅膀,共同畅想一下6G可能的内容。

二、后5G时代的需求

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2000-2020年,也就是我们目前所处的时代,主要是以多媒体服务和APP应用为主的移动互联时代。

2020-2030年,也就是即将到来的5G时代,包括了eMBB、mMTC和uRLLC三大场景,这是一个万物智联时代。

那么,2030年之后呢?

国际电信联盟(ITU)正式成立Network 2030焦点组(ITU-T FG on Network 2030),该焦点组旨在探索面向2030年及以后的网络技术发展,包括保持向后兼容的网络新概念、新构架、新协议、新解决方案,以及支持现有的和新的应用。

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2030年后,网络所提供的新服务包括:全息传送(比如多感全息)、高精度服务(如远程医疗、工业互联网)、最佳保障服务(比如AR/VR和自动驾驶)等。例如要实现全息远程呈现应用,要求网络带宽将增长到太比特级。

而要实现其中一些服务,网络时延非常重要,比如,无线AR/VR应用要求时延不超过20ms,工业互联网的时延要求在20us和10ms之间。

对于高精度和最佳保障服务,要求数据包传送从“及时”到“准时”,传统网络“按需分配”的统计复用方式不再适合,网络需新增用户网络接口(UNI)、预约信令、新的转发机制和自动化OAM等功能组件。

未来网络速率越来越高,时延越来越低,所提供的服务将为用户带来全新的体验——让人类的五种感官(视觉 、听觉 、嗅觉 、触觉、味觉 )完全沉浸在体验之中 。

这可能是2030年,后5G时代通信技术将面临的问题。那么可能会有哪些高新技术,将会包含在后5G时代呢?

三、太赫兹技术

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太赫兹(Terahertz)一词是弗莱明(Fleming)于1974年首次提出的。“太赫兹”是单位Terahertz的英译,是指100 GHz~10 THz的电磁辐射(也有定义300GHz ~ 10 THz),波长在0.03mm~3mm范围,介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。

2004年,美国政府将太赫兹技术评为 “改变未来世界的十大技术” 之一,DARPA(美国国防部高级研究计划局)和NASA(美国国家航空与航天局)自2009年起均投入较大的资金和研发力量,进行太赫兹组件及系统的研发。2005年,日本政府更是将太赫兹技术列为 “国家支柱十大重点战略技术” 之首。

我国政府分别在2005和2014年专门召开了 “香山科技会议” ,制定了我国太赫兹技术的发展蓝图。2016年底, “太赫兹谷” 如火如荼的在乌鲁木齐与中国电子科技集团公司合作下开始建设。

另外,欧洲、澳大利亚、日韩、台湾等许多国家和地区政府、研究机构、大学和企业纷纷投入到太赫兹研发的热潮中。

太赫兹波具有穿透性强、使用安全性高、定向性好、带宽高等技术特性,由于太赫兹释放的能量很小,不会在人体产生有害的光致电离。

所以,相比X射线,太赫兹是一种更安全的安检技术,可以广泛应用于军事、国土安全、天文、医疗、通信、科学研究等诸多领域。

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由于太赫兹对大多数包装物具有透视性,可以实现非接触、非破坏性的探测。太赫兹成像可以有效地检测和识别隐藏在各种遮盖物下的枪支、刀具等武器。

现有的金属探测器和X射线安检等设备无法识别的陶瓷刀具、塑料炸药等新型恐袭武器,同样可以利用太赫兹成像技术进行有效检测,这也是太赫兹技术比较先开始商用的领域。

太赫兹波处于电子学向光子学过渡的领域,它集合了微波通信与光通信的优点。太赫兹波作为微波的延伸,它所提供的通信带宽远大于微波,传输容量更大,速度更快,这是太赫兹通信的最大优势。2013 年,太赫兹高速无线通信的速率已经突破100 Gbps。

此外,太赫兹由于波束窄,所以方向性更好,可以实现更好的保密性及抗干扰抗截获能力。相对光通信而言,太赫兹波的传输受烟雾、沙尘等恶劣环境的影响很小。

此外,太赫兹波的波长较短,因而天线可以做得非常小,能够将设备做成纳米级别,实现纳米级设备之间的通信。

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国际上对于太赫兹技术的研究主要集中在欧洲、美国、日本、中国,其中中国对于太赫兹的研究位于世界前列。

例如我们长期跟踪的A股上市公司亨通光电,在2017年11月7日与北京邮电大学-伦敦大学玛丽女王学院联合实验室,而且在2018年9月完成了大于10Gbps的无线数据传输,搭建了针对高速率裸眼 3D 视频内容的无线传输系统。

5G相对于4G在无线数据传输速度上有了100倍的提升,而6G相对于5G,在传输速度上可能又有100倍的提升,由Gbps提升到100Gbps甚至是1Tbps,而太赫兹技术很可能成为其中的核心通信技术。

但我们知道,频率越高以为这覆盖面积越小,频段更高的6G,基站的覆盖范围会更小。因此,5G的基站密度要比4G高很多,而在6G时代,基站密集度将无以复加。

6G信号的频率已经在太赫兹级别,而这个频率已经进入分子转动能级的光谱了,很容易被空气中的被水分子吸收掉,所以在空间中传播的距离不像5G信号那么远,6G需要更多的基站“接力”。

6G时代网络将“致密化”。

四、上天(卫星通信)和下水(水下通信)

海洋面积约362,000,000平方公里(140,000,000平方里),近地球表面积的71%,水下对于人类来说仍然存在很多未知,而水下通信依然是个通信盲区。

中国通信业观察家、飞象网首席执行官项立刚在接受采访时表示,采集有关海洋学的数据、监测水下环境污染、海底异常活动和气候变化、探查海底目标以及远距离图像传输等活动,都离不开网络支持。

此外,水下无线通信在军事领域也起到至关重要的作用。在4G、5G时代,我们还未考虑在水下进行网络覆盖,但到了6G时代应进行相关规划。

早在1996年,摩托罗拉的工程师就想到了卫星通信。摩托罗拉的工程师巴里·伯蒂格的妻子在加勒比海度假时的抱怨,说她无法用手机联系到她的客户。

回到家以后,巴里和摩托罗拉在亚利桑那州工作的卫星通信小组的另外两名工程师想到了一种铱星解决方案——由77颗近地卫星组成的星群,让用户从世界上任何地方都可以打电话。由于金属元素铱有 77 个电子,这项计划就被称为了铱星计划,虽然后来卫星的总数降到了 66 个。

但由于终端笨重、价格昂贵、容量不足、通信时延大等弊端,铱星计划并未获得成功,但是这并不说明卫星通信系统的设想是错误的。

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以网络覆盖为例,像车联网、远程医疗这类的应用需要的是一个几乎无盲点的全覆盖网络。在这一点上,5G还无法做到一蹴而就,需要在6G时代得到补充和完善。已有专家提出,6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。

通过将卫星通信整合到6G移动通信,实现全球无缝覆盖,网络信号能够抵达任何一个偏远的乡村,让深处山区的病人能接受远程医疗,让孩子们能接受远程教育。

此外,在全球卫星定位系统、电信卫星系统、地球图像卫星系统和6G地面网络的联动支持下,地空全覆盖网络还能帮助人类预测天气、快速应对自然灾害等。

卫星移动通信包括中轨道(MEO)、低轨道( LEO)卫星移动通信系统,比如SpaceX的Starlink、孙正义投资的OneWeb、中国航天科工集团主导的低轨道卫星系统等。

五、6G的推动力是什么?

我们认为,通信是为世界服务的,每一代移动通信系统的诞生都是为了解决当下遇到的问题才产生的。

1G是为了解决通信的移动性;

2G是为了实现模拟向数字的演进,提高效率降低成本;

3G是为了实现数据业务;

4G是为了实现高速移动宽带;

5G是为了万物互联。

那么6G是为了实现哪些5G无法满足的需求呢?讲真,暂时还看不到。

但随着5G的商用,5G+行业的万物互联中,在垂直行业中可能产生目前无法满足的需求,需要在6G中着手解决。例如视频监控厂商在做实时的人脸追踪时,目前需要把所有摄像机的数据压缩再传输放到云端再解压,处理的时延就会较大,无法做到实时。

类似这样的支撑人工智能的应用场景,可能是6G的一个研究方向。而随着车联网的发展,对网络时延的更高要求,也可能是6G的一个方向。

当下首要任务肯定是先把5G做好,同时将5G的整个产业链有效打通,产生杀手级的应用,只有5G应用繁荣了,才会产生更多的需求,推动下一代通信系统的不断演进。

当然同时,一些面向6G的基础技术的研究工作肯定需要进行起来了,很多基础研究都是耗时而不会立刻见效的。对于未来电信世界的不断自然演进,我始终保持乐观,因为我始终坚信人类对“沟通”的诉求是无休止的,虽然很多诉求并不是当下能够想象的到的。

【结语】

移动通信技术从模拟技术演进到以GSM为标志的第二代移动通信技术(2G)用了30年,从2G到3G时代的演进用了15年,从3G到4G的推出用了5年。

随着技术升级速度越来越快,每一代通信技术成为商用主流的时间越来越短。如今6G已经在路上了,也许它的普及会来得更快!

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