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通往6G之路
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尽管5G技术仍处于相对初级阶段，但从无线运营商到芯片组制造商到元技术供应商的顶级技术公司都在积极开发无线通信的下一个里程碑，即第六代(6G)。
人们希望支持更复杂和数据密集型的应用程序，连接更多的设备和数据源，并享受持久的、无延迟的数据连接，这推动了对更快、容量更大的网络的需求。
6G技术完全开发后，有一天可能支持每秒1太比特的数据传输速率(比5G提供的假设的每秒10千兆接口的最高速度快100倍)，网络容量是5G网络的50到100倍，从而形成一个更大的连接设备生态系统，允许消费者、工业和基于基础设施的设备在同一网络上运行而不产生不利的性能影响。此外，5G网络通常支持约4毫秒(ms)的延迟率，6G可以将延迟降低到接近零，每个接入点可能能够同时支持多个客户端。
然而，6G的愿景及其技术基础仍在形成中，因为大量的科技公司、政府和行业团体都在致力于实现持久、可靠和快速的通信基础设施，支持移动应用程序、智能城市、V2x通信、虚拟和增强现实技术，甚至个人生物数据系统。
英国自动化测试和保证解决方案提供商Spirent的市场策略主管斯蒂芬•道格拉斯(Stephen Douglas)表示:“我认为，6G的关键在于，它将成为网络中的网络，是互补技术的混合体，我认为这相当令人耳目一新。”“除了有一个宏观的陆地网络，你可能还会有这些人体区域网络，人类也是其中的一部分。”道格拉斯补充说，6G很可能将无线网络与卫星、无人机、海上和光纤连接网络相互连接，从而形成一个完全连接的生态系统。
没有标准，但有大量的市场活动
目前，还没有制定或发布6G的标准，只是因为仍有大量的工作需要完成，特别是在管理该技术的功耗和无线信号传输的信号传播方面。美国联邦通信委员会(FCC)已经为早期研究、开发和测试分配了95 GHz和3太赫兹的频段。2020年10月，总部位于华盛顿特区的电信行业解决方案联盟(ATIS)成立了Next G联盟，该联盟负责制定移动技术的技术和操作标准。包括所有四家主要电信公司(AT&T、T-Mobile、U.S. Cellular和Verizon)，以及爱立信、Facebook、英特尔、LG、微软和高通等公司，ATIS的成立是为了推进美国在6G部署中的领导地位，重点是在6G部署的整个生命周期中，从研发和制造到标准化和市场准备，使该技术的市场参与者保持一致。
“这将是一个网络的网络，是互补技术的混合体。”
当然，其他国家和公司也在努力开发可用于开发6G网络的技术。新闻报道称，芬兰奥卢大学启动了6Genesis研究项目，以开发2030年的6G愿景，并与日本的超越5G促进联盟签署了合作协议，以协调芬兰6G旗舰公司在6G技术方面的研究工作。与此同时，韩国电子和电信研究所(Electronics and Telecommunications Research Institute)正在进行6G太赫兹频段的研究，三星宣布计划向芯片组制造等领域投资逾2000亿美元，以支持6G基础设施和设备的发展。
在美国国内，人们一致努力，不仅要考虑以非常高的频率发送数据的技术挑战，还要确定一个或多个6G网络如何才能最好地服务于一系列新的数据密集型应用。
“我们想用6G做的是在这个过程中更快地进入这个阶段，把北美/美国的工业界、政府和学术界聚集在一起ATIS的技术和解决方案副总裁迈克·纳沃洛基说:“我们需要从技术的角度来考虑，还要考虑到应用、社会驱动因素、未来的频谱需求，以及所有我们认为需要很多年才能解决的大市场问题。”“我们必须跨越所有这些不同的维度，而不仅仅是技术领域。”
在美国，人们正在努力确定未来的6G网络如何更好地服务于一系列新的数据密集型应用。
电气和电子工程师学会(IEEE)的《国际网络世代路线图，2022年版》呼应了这一观点，指出“网络世代的进化和部署不仅受到新兴、发展和潜在的技术融合的影响和影响，还受到当地和世界的社会经济和健康状况(和政治)的影响和影响。”
6G的商业化可能需要8到10年的时间，因为在开发合适的应用程序和用例、设置6G标准和度量以及建立和测试网络技术和基础设施方面必须完成重要的工作。与功能齐全的5G网络相比，要实现更高的速度、可靠性、弹性、容量和更低的延迟，这些技术障碍是一个重大挑战。
高频频谱传播的限制
6G技术发展的一个关键挑战是确定传输更快数据速率的技术方法。几种方法正在考虑中，但很可能会使用支持在其部署区域内提高频谱效率的信号复用技术，包括非正交多路访问(NOMA)和大量多输入多输出(mimo)等技术。虽然这些方法提供了更大的容量(就一个区域可以服务的用户数量而言)，但它们并不能提高每个设备或用户的频谱效率，这意味着每个被服务的设备不会看到更高的数据容量。此外，这些方法可能会引入更大的系统延迟，并具有低的能量利用效率的特点。也就是说，基于正交频分复用(OFDM)的NOMA系统已经被提出并发现可以实现合理的频谱效率增益。OFDM在5G系统中使用，在Wi-Fi 802.11无线局域网标准中也使用。
另一种支持更高设备数据的方法是将传统的OFDM波形与额外的调制技术配对，该技术可以为每个OFDM符号传输额外的数据创建另一个维度。空间调制OFDM (SM-OFDM)、子载波-索引调制OFDM (SIM-OFDM)、带有索引调制的OFDM (OFDM- im)和带有子载波数调制的OFDM (OFDM- snm)等技术已经在文献中报道过，很可能被认为是在6G系统中提供更高数据吞吐量的潜在技术。
除了需要支持更高的数据速率外，通过空中接口发送数据通常需要比4G或5G网络使用的更高的频率。目前的5G信号工作频率在3.4Ghz到3.8Ghz之间，而未来的5G实现工作频率将达到约5Ghz，无线6G网络可能会使用太赫兹或次太赫兹范围内的频率，大约为95Ghz到3Thz。挑战在于信号传播;无线电信号能够传播或传播的距离随着传输频率的增加而减小。考虑到高频6G信号的辐射范围相对较短(10米)，预计的6G网络较短的传输范围可能需要一个更密集的基站和中继器网络，以提供足够的覆盖。
面对使用高频频谱传输无线电波而无需安装数百或数千个耗电天线或信号中继器的挑战，一个潜在的解决方案是使用可重构智能表面，这种表面可以由具有特殊特性的材料制成，可用于重定向6G信号，并在不需要专用电源的情况下充当放大器。石墨烯就是这样一种材料，它是一种单层的六角形基质材料，可以被配置为感知和反射特定方向的电磁波，增强和反射无线信号。
根据对潜在的6G无线方法成功测试的报告，正在取得进展。LG电子和欧洲研究实验室Fraunhofer-Gesellschaft使用自适应波束形成和高增益天线开关技术，在约300英尺的155GHz-175GHz频段发送了15分贝毫瓦(dBm)传输。中国工业和信息化部正在投资并监督该国的6G研发。政府支持的紫金山实验室(Purple Mountain Laboratories)于2022年1月宣布，一个研究团队实现了高达206.25千兆/秒的无线传输速度，尽管是在受控环境中。
6G:网络中的网络?
不过，行业观察人士表示，6G不仅仅是空中接口;考虑到各种各样的应用需要网络访问，以及某些技术的预期融合，6G标准可能会包括多种接口类型，以说明“网络中的网络”的方法似乎是最有意义的。
IDC无线和移动连接技术及半导体使能技术团队研究总监菲尔•索利斯(Phil Solis)表示:“许多(未来的)应用通过营销与5G或6G捆绑在一起，但实际上，它们可能主要是在Wi-Fi上运行，因为在Wi-Fi 6上，(技术)从OFDM变成了OFDMA，这更像6G。”OFDMA(正交频分多址访问)是Wi-Fi 6中的一项技术，通过将称为资源单元(RUs)的子运营商子集分配给单个客户端，实现与多个客户端并发上行和下行通信，支持更大的数据传输通道和更高的安全性。“所以关键是Wi-Fi也变得越来越好，”索利斯补充道。
其他专家也指出了未来应用的混合特性。例如，家中的数据可能使用最新的Wi-Fi，它支持非常高的数据速率。根据IEEE赞助的国际设备和系统路线图(IRDS)主席Paolo Gargini的说法，如果数据需要发送到家庭以外的地方，将使用某种类型的光纤连接将信号发送到手机发射塔，因为光纤技术在人口密集地区安装的成本可能比在小地理区域内建立一个庞大的天线和中继器网络要低。
Gargini说:“如果你真的想在10年后实现6G，有很多基础设施还没有建立起来。”“事实是，如果你真的想传输这种更高的频率，比如6G，你就必须使用光纤。”他指出，当使用非常高的亚太赫兹和太赫兹频谱传输数据时，信号传播存在局限性。
“许多(未来的)应用通过营销与5G或6G捆绑在一起，而实际上，它们可能主要通过Wi-Fi运行。”
另一个以前完全不同的网络融合的例子是华为对6G的做法。这家中国科技巨头宣布，计划通过发射几颗低或极低地球轨道(LEO/VLEO)卫星，整合地面和非地面网络，形成一个巨型卫星星座，这将扩大地面蜂窝基础设施的覆盖范围，为超长途传输提供新的低延迟解决方案。预计这两个网络将深度集成为一个系统，其中地面和非地面网络节点可以以类似的方式作为基站，使用户能够在不同的服务条件下利用每种类型的优势。
根据IEEE卫星工作组的说法，在北美和其他地区，卫星6G预计将以前所未有的水平为非地面网络(NTNs)提供kpi和QoS，该工作组已经确定了结合多种技术、指标和方法的用例。该协会的《国际网络代路线图》(2022版)中有一章描述了使用卫星技术支持5G和6G网络的技术障碍和解决方案，并“包含了丰富的用例描述，其中结合了卫星直接接入和卫星回传、卫星物联网、卫星网络的mmWave、网络管理方面、QoS/QoE、安全，以及3GPP、ETSI、ITU和IEEE最近的标准化活动。”
另一种提高数据传输速度和降低能耗的方法包括日本电信公司NTT的6G工作，其中包括开发和测试一种无线网络，该网络使用端到端光通信基础设施，称为创新光和无线网络(IOWN)。该网络使用光子学或光束来传输数据，而无需将信号转换为电信号。由于不需要这种信号转换，NTT的目标是与传统网络相比，在功耗、端到端延迟和传输能力水平上提高100倍。
然而，值得注意的是，6G的愿景，以及任何潜在的标准方法，都可能在其商业推出之前发生变化，因为有大量的技术和资金工作需要完成。从技术的角度来看，实际的6G架构标准在未来可能并不那么重要，只要各种网络之间的接口是标准化的，以允许数据在网络之间流动。
“我认为6G是真正将Wi-Fi和蜂窝网络融合在一起的机会，”Spirent的道格拉斯说。“我们能不能有一种通用的无线连接，可以连接到任何类型的后端网络?只要它们之间的互操作性标准化，6G网络的底层可能是完全不同的。”道格拉斯说。
进一步的阅读
ATIS的Next G联盟6G路线图:https://nextgalliance.org/working_group/national-6g-roadmap/
IEEE国际网络代际路线图，https://bit.ly/3wojXG0
H.塔塔里亚，M.沙菲，A. F.莫利施，M.多勒，H. Sjöland和F.塔夫维森，
“6G无线系统:愿景、需求、挑战、见解和机遇”，见IEEE学报第109卷第1期。7，第1166-1199页，2021年7月，doi:10.1109 / JPROC.2021.3061701．
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