再谈6G通信技术-6g通信技术

2020年行将结束，随着5G网络的建设推进，以及3GPP R16版本的冻结，越来越多的人将关注焦点转移到6G身上。

7月14日，韩国三星电子发布了白皮书《下一代超连接体验》。在白皮书中，三星预估6G标准完成及投入商业化的最早时间点是2028年，而大规模商业化可能发生在2030年左右。

这个预测时间点，和3月17日全球第二届6G Wireless Summit会议上中兴通讯给出的预测时间点非常接近：

从社会和技术的大趋势来看，6G将具有以下显著的特点：

人和机器都将是6G的用户(并且机器反而会是6G的首要用户)。
AI将会渗透到各行各业，比如金融，健康，工业制造等领域，6G将会通过AI来进一步提升性能并且降低CAPEX和OPEX。
6G将会使通信技术变得更加开放(比如近年成立的O-RAN联盟等)。
6G将会在诸多社会问题方面发挥关键作用。例如应对气候变化(与数字技术结合减少温室气体排放量)和解决教育不平等(远程教育)等问题，5G已经为此提供了一些帮助。6G提供的超连接，将会进一步协助完成联合国提出的2030可持续发展目标。

站在服务的角度，6G又会带来什么呢?

6G将进一步增强5G定义的eMBB、URLLC、mMTC等特性，并且融合更加先进的传感、成像、显示和AI等技术，提供超连接体验，比如：

6G必须满足的要求

想要实现超连接体验，6G必须满足来自三个维度的要求，分别是性能、架构和可信度。

6G性能需求

相比5G，6G会有怎样的性能提升?如下所示：

绘制成蜘蛛网模型，大致如下：

6G体系结构需求

解决移动设备计算能力有限所带来的问题，实现通信和计算的真正融合，以便最终用户的各种设备能够无缝地利用网络中可用的计算能力，比如从技术开发的初期就引入AI(或者称为原生AI)。

新的网络功能的灵活集成，包括和非地面网络的集成，比如飞机、近地轨道和地球静止轨道卫星、高空平台等。

6G可信度需求

解决用户数据和AI技术的广泛使用而带来的安全和隐私问题。

6G的重点技术发展方向

6G的一些典型候选技术如下：

太赫兹频段(THz)

5G NR已经开始讨论在52.6GHz以上的频段工作，遵循这一趋势，6G时代移动通信恐怕将不可避免地使用太赫兹THz频段。

但是实际使用THz频段，有一些必须克服的技术挑战，例如：

本身的传播特性(严重的路径损耗和大气吸收)：需要针对室内和室外的场景建立适合THz的多径信道模型。
芯片和射频器件：过去十年，研究者们致力于开发芯片级的太赫兹技术，现在基于InP、GaAs、SiGe、甚至CMOS技术已经在较低的THz频段产生了一些突破。但是在更高的THz频段，还需要进一步突破，以满足高效率、低能耗和低成本需求。
天线和波束赋形：太赫兹意味着路径损耗的急剧增加。因此，需要超大规模的天线阵列来补偿路径损耗。另一方面，这会导致非常狭窄的细波束(类似于激光波束)，因此如何优化波束赋形，以合理的成本和能效来提升系统的性能也非常重要。
新的波形、信号、信道和协议：目前来看OFDM依然会是一个候选项，但是需要去探索新的备选波形，降低PAPR，满足THz的硬件限制。另外，还需要开发合适的信号、信道和协议来有效地适配THz的各种操作。

新型天线技术

5G NR已经使用Massive MIMO技术，但是THz波段需要比毫米波更多的天线，因此会有更大的挑战，以下是一些可选项:

(1)基于超材料的天线和射频前端

第一种方法：将超表面透镜作为移相结构应用于天线阵列信号，施加直流偏置来调整波束方向，有助于锐化波束形状。