6G指南:RF前端成技术突破的关键,隐私泄露恐是巨大难点

为了得到高吞吐量,6G将需要利用到太赫兹频率中的频谱,但这高频段面临极大的吸收和反射挑战。

  全球多国开启6G研发计划

  2018年,芬兰开始研究6G相关技术;2019年9月,芬兰奥卢大学6G旗舰研究组发布6G白皮书。

  2019年3月15日,美国联邦通信委员会(FCC)投票,一致决定开放面向未来6G网络服务的“太赫兹”频谱,用于创新者开展6G技术试验。而美国贝尔实验室在更早之前就开启了6G的研究工作,提出了“太赫兹+网络切片”技术。

  2019年6月,韩国SK公司分别与芬兰诺基亚公司和瑞典爱立信公司签署了谅解备忘录,根据协议,双方还将共同开发6G核心技术,以便在下一代移动通信技术领域抢占先机并探索新的商业模式。

  2019年11月3日,中国科技部宣布启动6G研发计划。新成立的6G研发机构由37名来自大学院校和科研企业的专家组成,目的是推动第六代移动通信(6G)技术的研发工作。

  还有欧盟也开始发起6G的研究,主要是针对可用于6G通信网络的下一代前向纠错编码技术、高级信道编码以及信道调制技术。

  引起全球重视,多国紧急布署的6G,究竟是什么?


  6G解读:速度是5G的100倍,实现人网互联

  6G即第六代行动通信技术。目前在全球范围内使用最广的是4G,在台湾和中国大陆以LTE规格的4G通信网络是最为普及的,同时,移动通信的新式标准正在向第五代移动通信技术(5G)逐渐迁移。

  目前6G尚处于起步阶段,并不明确6G标准的技术能力。但从当前研究资料来看,普遍认为,6G网络有着以下3个特点。

  ①超高速

  目前很多观点认为,6G将比5G更快。6G频段将达到太赫兹,速度是5G的100倍,网路延迟也可能从毫秒降到微秒级。据了解,太赫兹是包含了频率为0.1到10THz的电磁波,波长为30~3000μm。

  为了提升通信能力,6G将会进一步通过增加天线数量、提升通信带宽、使用更密集的小区来提升网络容量,6G目标是提供1Tbps的用户连接。

  中国工程院院士余少华认为6G会引入了网络性能的体验TRUST,T是Tb/s级宽带,R是超高可靠性,U是泛载连接,S是亚毫秒时延,T是大赫兹频谱。

  近日,日本NTT集团设备技术实验室成功开发出6G超高速芯片,它使用了磷酸盐鲤鱼(InP)化合物,并在300GHz超高频段的无线传输实验中,通过16QAM调谐,获得了100Gbps超高速度,相当于100,000兆的有线网络。

  而这种高速传输仅使用了一个载波,如果辅以多载波聚合,比如MIMO、OAM和其他空间复用技术,或者结合未来相关新兴技术,其速度预计将会达到至少400Gpbs。现在5G的理论最高速度也只是10Gbps,若6G速度达到400Gbps,也就整整是5G的40倍。

  ②大规模应用

  如今5G已经凭借低时延、高可靠、广连接将应用扩展到众多垂直行业,而6G将不仅限于此,后者的应用范围将进一步拓展。

  受益于6G预期的高速度、高吞吐量和低延迟,除了高速通信网络外,6G还会提供很多质量非常高的连接,比如提供计算、雷达、感知、定位等功能,大规模应用在制造业自动化技术、可持续能源、电子医疗和自动运输等领域。比如,医院会有RF(表示可以辐射到空间的电磁频率)的连接,还有交通信号灯和VLC通信等等。(VLC通信指利用可见光波段的光作为信息载体,不使用光纤等有线信道的传输介质,而在空气中直接传输光信号的通信方式。)

  从更广的范围来看,6G可能会扩展到太空、深海等领域。国内通信行业专家项立刚也表示,在6G网络覆盖上,天空、地面都会有覆盖,即天地一体化;另外,地下、水下甚至深海也可能有网络覆盖;未来,水下应用会多起来。


  ③无线智能/人网互联

  据芬兰奥卢大学6G旗舰白皮书显示,未来6G的总体主题将集中在无处不在的无线智能上。

  无处不在的无线智能,来自于关键基础架构中内置的无线连接。5G可以做到人、网、物互联,而6G可能会后把境(意境、情境等)加上来,从而实现无人不互联、无处不互联、无时不互联、无事不互联的场景。

  诺基亚贝尔实验室的马库斯·韦尔登(Marcus Weldon)认为,6G将是生物学与人工智能相结合的“对人类和机器的第六感体验”。

  未来6G可能会和人工智能进行“内生”的智能融合。比如在医疗健康领域,植入人体的器件可以通过6G网络实现实时连接,从而更好地监控人体健康状态。进一步而言,6G还有可能实现物理世界与虚拟世界之间的连接。

  6G指南:RF前端是技术突破的关键,隐私泄露成难点

  6G的底线是数据,未来将会通过在无线网络内收集,处理,传输和使用数据的方式,来推动6G的发展。

  目前来看,6G与5G最明显的区别可能源于频段类型的不同。而在6G技术的探讨上,显而易见的一件事是,为了得到高吞吐量,6G将需要利用到太赫兹频率中的频谱,但这高频段面临极大的吸收和反射挑战。事实上,太赫兹能否用于无线通信还在论证。

  之前太赫兹主要用于雷达探测、医疗成像,在无线通信方面的应用也是近两年才开始研究。而且太赫兹有明显的缺点,那就是传输距离短,易受障碍物干扰,现在能做到的通信距离只有10米左右,而只有解决通信距离问题,才能用于现有的移动通信蜂窝网络。此外,通信频率越高对硬件设备的要求越高,需要更好的性能和加工工艺。这些技术难题短时间内很难解决。

  6G所面临的技术难题,从5G身上也可见一斑。5G虽然实现了高带宽、广连接,但是信号更容易受到干扰,6G也会遇到类似难题。

  下表来自芬兰白皮书,显示了使用较高频率时主要的传播和衰减效应。


  各种频带的性能

  还有,6G若利用日益增长的高频RF频段,就将需要尚未开发的RF滤波器谐振器。没有这些RF滤波器,将无法实现6G所承诺的性能。因此,研发RF滤波器谐振器,是实现6G重要的一步。

  此外,凡事都有两面性。赫尔辛基大学计算机系教授、原3GPPSA3工作组主席瓦尔特里·尼米认为,6G技术将可以采集更加海量的信息,而个人隐私以及海量信息如何处理都将是巨大难题。

  由此可见,从技术到法规,6G研发都困难重重。主流观点认为,按现在的规律,6G至少要到10年以后,也就是2030年以后,才会真正实现。

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枭枭

集成电路设计行业资深记者,传感器专家网专栏编辑。