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探索丨5G商用在即 6G科研竞速大幕开启

来源: 新华报业网   作者:蔡姝雯  2019-04-09 19:47:19

  近期,6G很热——工信部明确表示我国已开始基于6G网络的研究,全球首个6G峰会在芬兰召开,美国联邦通信委员会宣布开放“太赫兹”频谱启动6G研究……

  5G尚未全面实现商用,6G研究大幕已然开启。

  “搞科研一般都要超前于市场应用,所谓‘使用一代、研究一代、储备一代’。”相关专家认为,我国5G研究布局较早、投入较大,已位于世界“第一梯队”,启动6G研究的战略意义同样重要——为下一轮数字化提供重要的基础设施。“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。”

  那么,未来6G会是什么样子,将使用到哪些新技术,又会出现哪些开脑洞的应用呢?

  6G热身:面向后5G时代的需求

  3月30日,上海虹口率先实现区域性5G网络覆盖并开始试用;4月3日,韩国三大通讯商开通5G手机网络服务;紧随其后,美国威瑞森电信也推出了5G手机网络。而按照此前公布的消息,我国移动、电信、联通三大运营商今年均会开通5G试商用,明年上半年正式商用。

  “5G当然还会继续往前演进,但当5G进入商用阶段,6G研究就应该展开了。”东南大学移动通信国家重点实验室潘志文教授说。

  近日,美国联邦通信委员会(FCC)投票,一致决定开放“太赫兹”频谱(95千兆赫到3太赫兹频段),用于开展6G技术试验。全球首个6G峰会也于3月24日至26日在芬兰莱维举办,各国200多位顶尖无线通信专家参会阐述各自的6G愿景。而早在去年底,科技部发布的《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》中,就至少有6个6G研究项目。

  “目前主要进行的是概念设计,产业界跟学术界联合做一些预先的规划或愿景。”潘志文说,业务需求的急剧增长是研发6G的驱动力之一,移动互联网的业务流量每年增加一倍,这意味着十年后可能会增加1000倍,届时,即使5G已经普及,容量也是不够的,“所以,6G一定会到来。”

  相关报道称,国际电信联盟(ITU)已正式成立Network2030焦点组,探索面向2030年及以后的网络技术发展。其研究称,届时网络所提供的新服务将包括:全息传送(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(如AR/VR和自动驾驶)等,这些应用将对网络速率和时延提出更高要求。

  “研究6G,就是要完成5G未完成的任务。”潘志文举例道,智能驾驶、远程医疗、虚拟现实等高端应用必须建立在一个几乎无盲点的全覆盖网络上,传感器的数量也将是天文数字,数据量会越来越大,这就需要网络具有非常高的速率和更低的时延,即提供一个更快速可靠的传输、收发信息的通道,“在这一点上,5G其实还不能一步到位,需要在6G时代得到补充和完善。”

  5G网络传输速度已经比4G快10—100倍,那6G会有多快?“会再提升一个数量级,比5G快10—100倍都有可能。”潘志文预测,6G网络支持的移动速度也将会有很大的提升,5G可以支持500公里/小时的移动速度,6G将会更高,因为高铁速度会提升,以后也会支持飞机的移动速度。

  美好愿景:“空天地海一体化”全覆盖

  其实,早在去年12月27日,东南大学就宣布启动6G移动通信先期研究,当时,尤肖虎教授用“能上天入地下海”来形容6G,据其介绍,6G的特点可以用“全覆盖、全频段、全应用、强安全”这12个字来概括,而在追求高速率的同时,6G还将更广泛地拓展应用范围,比如拓展到宽带卫星移动通信场景。

  韩国SK集团信息通信技术中心也曾提出了“太赫兹+去蜂窝化结构+高空无线平台(如卫星等)”的6G技术方案,变革现有的移动通信蜂窝架构,建立空天地一体的通信网络。

  “跟5G相比,6G在网络架构上会有变化。”潘志文教授介绍道,“现在5G能做到的基本上只是地面覆盖,空中或者海洋的覆盖还没能做到,尤其是高空。将来6G网络架构将更加全面,高空、低空、地面、海洋都要考虑进去,我们业内称之为‘空天地海一体化’全覆盖。”

  “空天地海一体化”全覆盖怎样实现?在全球首个6G峰会上,华为提出发射10000多颗小型低轨卫星实现覆盖全球6G通信的设想,并且估算了成本——99亿美元。“的确得使用到卫星,高轨的、低轨的,这些卫星在太空上面进行多层级的覆盖,构成一个空中网络,来支撑从地面到空中到海洋等等全面的覆盖,从而给数字地球提供一个传输通道。”潘志文说。

  全覆盖如果实现,将给我们带来怎样美好的生活场景呢?潘志文说,那将是一种无所不在的极致体验。对个人来说,未来在飞机上、游轮上可以畅通无阻地使用网络,开虚拟会议时,传输的将是高清晰的、立体的3D图像,甚至是360度的场景视角,可以达到更为逼真的浸入式体验。“此外,还有面向无人机的应用,可以借助6G网络的低空平台,在应急救灾的情况下就不需要临时组网。面向航天行业的应用也是一个方向,航天飞船可以借助6G进行信息通信,甚至太空探测也可能会依赖于6G的部分通讯功能。”

  数字地球:技术探索永无止境

  总之,未来的网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界,而为了给数字地球提供可靠的传输通道,6G还有很长的路要走。

  潘志文告诉记者,每一代移动通信技术从开始研究到技术成熟大概需要10年时间,5G从2011年开始做相应的规划,今年开始商用;6G才刚刚开始研究,估计要到2027年才会启动标准化的工作,真正商用可能要到2030年左右。“6G的关键技术仍在摸索之中。速率提升后,系统带宽也会进一步增加,6G要继续往高频段走,现在业界都在考虑太赫兹频段,正在做一些预研,看看它的特性怎么样,能不能用。此外,可见光频段比太赫兹频段平台更高,它的带宽非常宽,信号质量比较好,也是一个重要的研究方向。在具体的技术设计上,则可能进一步引入人工智能的概念,借助人工智能算法对整个发送端做一体化的优化,进一步提高信号的频谱利用率,提高性能。”

  6G研究还有三大技术难题待解:一是,高频段传输特性、覆盖特性不太好的问题需要解决;二是,大规模的网络会导致算法的复杂度进一步提升,天线数量的增加也会导致成本增加,“怎么把复杂度控制到合理水平从而降低成本是很有挑战性的”;三是,要实现“空天地海一体化”全覆盖,信号的传输距离要远远大于现在,甚至可能达到上万公里,这时候时延会急剧增加,所以怎么设计网络架构很重要;还有,卫星网络是高度动态化的,怎样在移动的网络中保证信号高质量的传输,也非常有挑战性。“技术探索是永无止境的,而科学家的乐趣也在于此。”潘志文说。

  交汇点记者 蔡姝雯 实习生 陶圆

  图片来源:视觉中国

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编辑:顾志铭

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