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6G網(wǎng)絡(luò)被定義為在未開(kāi)發(fā)的無(wú)線電頻率下運(yùn)行的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，并使用AI等認(rèn)知技術(shù)以比第五代網(wǎng)絡(luò)快數(shù)倍的速度實(shí)現(xiàn)高速、低延遲通信。本文討論了新一代蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)6G。它還解釋了6G的核心功能及其工作原理。

什么是6G網(wǎng)絡(luò)？

6G網(wǎng)絡(luò)被定義為在未開(kāi)發(fā)的無(wú)線電頻率下運(yùn)行的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，并使用人工智能等認(rèn)知技術(shù)，快數(shù)倍的速度實(shí)現(xiàn)高速、低延遲通信。6G網(wǎng)絡(luò)目前正在研發(fā)中，尚未發(fā)布。

6G是目前正在開(kāi)發(fā)的第六代移動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，用于電信中蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的無(wú)線通信。它是5G之后的繼承者，或者是道路上的下一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可能會(huì)快得多。

國(guó)際電信聯(lián)盟每十年對(duì)無(wú)線代進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。通常，它們由“空中接口”中的間隙表示，這意味著傳輸或編碼的轉(zhuǎn)變。這是為了使舊設(shè)備不能更新到新一代，因?yàn)檫@樣做會(huì)產(chǎn)生無(wú)限量的“噪音”和“頻譜污染”。

通常，下一代使用過(guò)時(shí)計(jì)算機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的更復(fù)雜的數(shù)字編碼。它們依賴(lài)于政府以前沒(méi)有提供的更廣泛的無(wú)線波段。此外，它們有非常復(fù)雜的天線陣列，以前是不可能建造的。今天，我們已經(jīng)是第五代了。5G新無(wú)線電（NR）的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)于2017年制定，目前正在全球?qū)嵤?/span>

6G將如何工作？

6G的確切工作方式尚不清楚，因?yàn)樵撘?guī)范尚未完全制定、最終確定并由國(guó)際電聯(lián)發(fā)布。然而，依賴(lài)于前幾代的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，人們可以期望幾個(gè)核心功能。6G將主要通過(guò)以下方式運(yùn)行：

利用自由頻譜：6G研究的很大一部分集中在超高頻傳輸數(shù)據(jù)上。從理論上講，5G可以支持高達(dá)100GHz的頻率，盡管目前還沒(méi)有使用超過(guò)39GHz的頻率。對(duì)于6G，工程師們正試圖通過(guò)數(shù)百千兆赫茲或太赫茲范圍內(nèi)的波上傳輸數(shù)據(jù)。這些波是微小和脆弱的，但仍有大量未使用的頻譜，可以實(shí)現(xiàn)驚人的數(shù)據(jù)傳輸速度。

提高自由頻譜的效率：目前的無(wú)線技術(shù)允許在同一時(shí)間在特定頻率上傳輸或接收。對(duì)于雙向通信，用戶(hù)可以根據(jù)頻率(頻分雙工或FDD)或通過(guò)定義時(shí)間段(時(shí)分雙工或TDD)來(lái)劃分其流。6G可能會(huì)提高當(dāng)前頻譜傳輸?shù)男?，使用?fù)雜的數(shù)學(xué)方法在同一頻率上同時(shí)發(fā)射和接收。

利用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)幾十年來(lái)一直是一個(gè)熱門(mén)話(huà)題，但5G網(wǎng)絡(luò)仍然主要基于輪輻式架構(gòu)。因此，終端用戶(hù)設(shè)備連接到錨節(jié)點(diǎn)，錨節(jié)點(diǎn)連接到主干。6G可能會(huì)使用機(jī)器作為彼此數(shù)據(jù)的放大器，允許每個(gè)設(shè)備在使用數(shù)據(jù)的同時(shí)擴(kuò)大覆蓋范圍。

與“新IP”結(jié)合：芬蘭奧盧大學(xué)的6G旗艦計(jì)劃的一篇研究論文表明，6G可能會(huì)使用一種新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)變體。它將IPv4或IPv6的當(dāng)前IP數(shù)據(jù)包與普通的蝸牛郵件進(jìn)行比較，并附上標(biāo)簽信封和文本頁(yè)。“新IP”數(shù)據(jù)包將與快遞服務(wù)傳遞的導(dǎo)航和優(yōu)先級(jí)信息的快速跟蹤快遞包相媲美。

6G將依賴(lài)于不同頻率的選擇性使用來(lái)評(píng)估吸收并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整波長(zhǎng)。這項(xiàng)技術(shù)將利用原子和分子在特定波長(zhǎng)產(chǎn)生和吸收電磁輻射的事實(shí)，任何特定材料的發(fā)射和吸收頻率都是相同的。

6G什么時(shí)候上市？

如前所述，6G互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)首秀預(yù)計(jì)將于2030-2035年左右上線。除國(guó)際電聯(lián)外，非營(yíng)利性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)在其題為“連接世界的6G架構(gòu)”的同行評(píng)審論文中批準(zhǔn)了這一日期。

該文件指出，2030年及以后將提供一系列具有全球相關(guān)性和規(guī)模的獨(dú)特挑戰(zhàn)和機(jī)遇，以實(shí)現(xiàn)后疫情時(shí)代的未來(lái)通信架構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)、可持續(xù)性和全面的數(shù)字包容。

雖然有一些初步的對(duì)話(huà)來(lái)描述這項(xiàng)技術(shù)，但6G的研發(fā)工作從2020年開(kāi)始正式開(kāi)始。

6G旗艦計(jì)劃結(jié)合了整個(gè)歐洲對(duì)6G技術(shù)的研究。日本承諾在未來(lái)幾年投入4.82億美元用于6G的擴(kuò)張。該國(guó)的首要目標(biāo)是到2025年展示創(chuàng)新的無(wú)線和移動(dòng)技術(shù)。俄羅斯在2021年做出了一項(xiàng)預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)到2035年6G網(wǎng)絡(luò)的可用性。

美國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商正在推進(jìn)各自的6G創(chuàng)新路線圖。重要的是，AT&T、Verizon和T-Mobile正在引領(lǐng)行業(yè)首創(chuàng)的NextG聯(lián)盟。2021年5月，NextG聯(lián)盟啟動(dòng)了開(kāi)發(fā)6G技術(shù)的技術(shù)工作計(jì)劃。

為什么需要6G？

考慮到5G部署并沒(méi)有完全滲透，甚至4G在偏遠(yuǎn)地區(qū)的滲透率也很低，有人可能會(huì)問(wèn)，為什么有必要在6G方面做出努力。其主要重點(diǎn)是通過(guò)在人、機(jī)器和環(huán)境節(jié)點(diǎn)之間搭建橋梁，支持第四次工業(yè)革命。

除了超越5G之外，6G還將具備利用機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)和人工智能(AI)為連接設(shè)備建立下一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的一系列獨(dú)特功能。這也將有利于智能城市、無(wú)人駕駛汽車(chē)、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)，以及智能手機(jī)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)。

它將結(jié)合并關(guān)聯(lián)不同的技術(shù)，比如深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析。已經(jīng)觀察到6G和高性能計(jì)算之間的實(shí)質(zhì)性相關(guān)性。雖然一些物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)數(shù)據(jù)可能由邊緣計(jì)算資源處理，但大部分?jǐn)?shù)據(jù)將需要更加集中的高性能計(jì)算能力，這使得6G成為一個(gè)必不可少的組件。

6G的8個(gè)獨(dú)特功能

6G網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)與5G共存一段時(shí)間，并將在幾個(gè)方面比前幾代網(wǎng)絡(luò)有顯著改善。這是因?yàn)?G將提供以下不同的功能：

1.新頻段的使用

頻譜是無(wú)線電連接的重要組成部分。每一代新移動(dòng)設(shè)備都需要一個(gè)先鋒頻譜，以充分利用任何進(jìn)一步的技術(shù)進(jìn)步的優(yōu)勢(shì)。從傳統(tǒng)技術(shù)到下一代技術(shù)重新構(gòu)建當(dāng)前的數(shù)字蜂窩頻譜也將是這一轉(zhuǎn)變的一部分。

對(duì)于城市戶(hù)外電池，6G的最新先鋒頻譜板預(yù)計(jì)將在中頻段7-20GHz。這將通過(guò)極端多輸入多輸出提供更大的容量，低頻段460-694MHz用于廣泛覆蓋，亞太赫茲頻譜(90GHz至300GHz之間)用于峰值數(shù)據(jù)速度超過(guò)100Gbps。

5Gadvanced將5G擴(kuò)展到數(shù)據(jù)傳輸之外，并將定位精度顯著提高到厘米級(jí)精度。6G使用的廣譜，包括高達(dá)太赫茲的新頻譜范圍將把定位推向下一個(gè)水平。

2.極高的數(shù)據(jù)傳輸速度

5G計(jì)劃提供20Gbps的峰值數(shù)據(jù)吞吐量和100Mbps的用戶(hù)體驗(yàn)數(shù)據(jù)速率。但是，6G將提供1Tbps的最大數(shù)據(jù)速率。同樣，它將用戶(hù)體驗(yàn)到的數(shù)據(jù)速率提高到1gbps。因此，6G的頻譜效率將是5G的近兩倍以上。

更高的頻譜效率將為許多用戶(hù)提供即時(shí)的現(xiàn)代多媒體服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商必須重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施框架，以實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率。

3.超低延遲網(wǎng)絡(luò)功能

5G的延遲將降低到1毫秒。許多實(shí)時(shí)應(yīng)用的性能將通過(guò)這種超低延遲得到增強(qiáng)。但是，第六代無(wú)線通信技術(shù)將把用戶(hù)體驗(yàn)的延遲降低到0.1毫秒以?xún)?nèi)。由于延遲的大幅減少，許多對(duì)延遲敏感的實(shí)時(shí)應(yīng)用將具有更好的性能和功能。

此外，減少延遲將允許緊急響應(yīng)、遠(yuǎn)程手術(shù)程序和工業(yè)自動(dòng)化。此外，6G將使網(wǎng)絡(luò)的可靠性比5G網(wǎng)絡(luò)高100倍，從而促進(jìn)對(duì)延遲敏感的實(shí)時(shí)應(yīng)用的無(wú)縫執(zhí)行。

4.更好地支持機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)連接

雖然5G解決了人類(lèi)用戶(hù)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)用例，但6G將更多地關(guān)注M2M連接。如今，4G網(wǎng)絡(luò)每平方公里支持大約10萬(wàn)個(gè)設(shè)備。5G技術(shù)要先進(jìn)得多，每平方公里可以連接100萬(wàn)臺(tái)設(shè)備。隨著6G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，每平方公里1000萬(wàn)個(gè)連接設(shè)備的目標(biāo)已經(jīng)觸手可及。

所有6G網(wǎng)絡(luò)都將包括移動(dòng)邊緣計(jì)算，盡管它必須添加到當(dāng)前的5G網(wǎng)絡(luò)中。到6G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)時(shí)，邊緣和核心計(jì)算將越來(lái)越多地被同化為統(tǒng)一通信和計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施框架的元素。

5.注重能源效率

如前所述，6G網(wǎng)絡(luò)將需要更強(qiáng)的無(wú)線電頻率來(lái)滿(mǎn)足更大帶寬的要求。然而，其中一個(gè)挑戰(zhàn)是，基礎(chǔ)芯片技術(shù)目前還不能在這些頻率范圍內(nèi)高效地工作。因此，優(yōu)化功耗將是6G開(kāi)發(fā)人員關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前，研究人員打算將每比特的能耗降低到低于1納米焦耳（10-9焦耳）。

6.更高的網(wǎng)絡(luò)可靠性

5G主導(dǎo)的超可靠低延遲通信（URLLC）服務(wù)將在6G中得到進(jìn)一步發(fā)展和增強(qiáng)。通過(guò)同時(shí)傳輸、大量無(wú)線跳變、設(shè)備間連接和AI/ML，可靠性可能會(huì)得到增強(qiáng)。因此，6G在網(wǎng)絡(luò)滲透率和穩(wěn)定性方面將優(yōu)于5G。此外，與前幾代相比，6G將通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)可靠性提高100倍以上，并將錯(cuò)誤率降低10倍來(lái)優(yōu)化M2M交互。

7.新建筑的興起

5G是第一個(gè)在企業(yè)和工業(yè)環(huán)境中取代有線連接的解決方案。它正在核心基礎(chǔ)和云原生部署中部署服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)，并將擴(kuò)展到無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）的部分。此外，預(yù)計(jì)6G網(wǎng)絡(luò)將在異構(gòu)云設(shè)置中實(shí)現(xiàn)，包括私有、公共和混合云的組合，并使用合適的架構(gòu)來(lái)支持這一點(diǎn)。

8.使用AI和ML實(shí)現(xiàn)最佳連接

5G將使人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)充分發(fā)揮其潛力。最終，AI/ML將在各種網(wǎng)絡(luò)組件、網(wǎng)絡(luò)級(jí)別和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中實(shí)現(xiàn)。從無(wú)線電層的波束形成細(xì)化到使用自?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)在小區(qū)站點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃，AI/ML將有助于在降低計(jì)算復(fù)雜性的情況下實(shí)現(xiàn)卓越的效率。

6G開(kāi)發(fā)人員，如諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室，希望對(duì)AI/ML采用空白的方法，允許AI/ML確定兩個(gè)端點(diǎn)之間的最佳通信方法。

6G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

預(yù)計(jì)6G網(wǎng)絡(luò)將提供以下好處：

1.加強(qiáng)安全

網(wǎng)絡(luò)攻擊越來(lái)越集中于各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)。這些攻擊的完全不可預(yù)測(cè)性需要實(shí)施強(qiáng)大的安全解決方案。6G網(wǎng)絡(luò)將具備抵御干擾等威脅的保障措施。在創(chuàng)建新的混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境時(shí)，必須解決隱私問(wèn)題。

2.支持個(gè)性化

OpenRAN是5G使用的一種全新的、不斷發(fā)展的技術(shù)。然而，OpenRAN將是6G的成熟技術(shù)?；谌斯ぶ悄艿腞AN將允許移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商根據(jù)從多個(gè)來(lái)源收集的實(shí)時(shí)用戶(hù)數(shù)據(jù)為用戶(hù)提供定制的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。運(yùn)營(yíng)商可以進(jìn)一步利用實(shí)時(shí)用戶(hù)數(shù)據(jù)，通過(guò)個(gè)性化體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)和服務(wù)質(zhì)量(QoS)提供更好的服務(wù)。運(yùn)營(yíng)商可以使用人工智能定制多種服務(wù)。

3.擴(kuò)展5G應(yīng)用的功能

這種程度的帶寬和響應(yīng)能力將增強(qiáng)5G應(yīng)用程序的性能。它還將擴(kuò)大功能范圍，以實(shí)現(xiàn)新的和創(chuàng)新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知、監(jiān)測(cè)和成像應(yīng)用。使用正交頻分多址(OFDMA)，6G接入點(diǎn)將能夠同時(shí)為多個(gè)客戶(hù)服務(wù)。

4.推動(dòng)無(wú)線傳感技術(shù)的發(fā)展

采樣率是指每秒（或按照等效時(shí)間單位）從連續(xù)信號(hào)中獲得的樣本數(shù)，以形成數(shù)字信號(hào)。6G的頻率將允許比5G更快的采樣速率。此外，它們將提供顯著提高的吞吐量和數(shù)據(jù)速率。此外，亞毫米波(波長(zhǎng)低于1毫米)的利用和頻率選擇性預(yù)計(jì)將加速無(wú)線傳感技術(shù)的發(fā)展。

該網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)收集物體反射的信號(hào)并檢測(cè)其類(lèi)型、形狀、相對(duì)位置、速度以及可能的材料質(zhì)量，成為情境數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫(kù)。這種傳感方法可以促進(jìn)實(shí)際環(huán)境的“鏡像”或數(shù)字對(duì)應(yīng)物的創(chuàng)建。當(dāng)與AI/ML相結(jié)合時(shí)，這些信息將為物理世界提供新的見(jiàn)解，從而使網(wǎng)絡(luò)更加智能。

5.激發(fā)新技術(shù)創(chuàng)新

6G將使整個(gè)社會(huì)受益，因?yàn)樾碌募夹g(shù)創(chuàng)新將為其提供支持。這包括：

更先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心：與5G網(wǎng)絡(luò)相比，6G網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)，計(jì)算將演變?yōu)樽罱K包括邊緣和核心平臺(tái)協(xié)調(diào)。由于這些變化，數(shù)據(jù)中心將需要發(fā)展。

取代傳統(tǒng)處理器核心的納米核心：納米核心有望發(fā)展成為結(jié)合HPC和AI的單一計(jì)算核心。納米核不一定是一個(gè)有形的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。相反，它可能由幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)共享的計(jì)算資源的概念聚合組成。

6.通過(guò)減少軟件依賴(lài)性節(jié)約成本

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在使用軟件定義的操作。其他6G組件，如媒體訪問(wèn)控制（MAC）和物理（PHY）層，將被虛擬化。目前，PHY和MAC解決方案需要部署專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò)硬件。6G提供的虛擬化將降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的成本。因此，非常密集的6G部署在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

7.提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)的滲透率

6G網(wǎng)絡(luò)的眾多優(yōu)勢(shì)之一是其廣闊的覆蓋范圍。這意味著需要較小的塔來(lái)覆蓋給定的空間。如果想在經(jīng)常下雨或樹(shù)木和植被叢生的地方建造塔樓，這是很有用的。此外，6G旨在支持5G以外的其他移動(dòng)連接。這意味著設(shè)備之間的干擾將減少，從而改善服務(wù)。

8.優(yōu)化室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)使用

如今，大多數(shù)蜂窩通信量都是在室內(nèi)產(chǎn)生的，然而蜂窩網(wǎng)絡(luò)從未被構(gòu)建為適當(dāng)?shù)蒯槍?duì)室內(nèi)覆蓋。6G使用毫微微小區(qū)（小小區(qū)站點(diǎn)）和分布式天線系統(tǒng)（DAS）克服了這些障礙。

總結(jié)

即使5G在全球范圍內(nèi)繼續(xù)推廣，但領(lǐng)先的研究聯(lián)盟和移動(dòng)企業(yè)也在忙著研究第六代移動(dòng)連接。6G網(wǎng)絡(luò)旨在通過(guò)更快的M2M通信連接物理世界和虛擬世界，并更好地支持沉浸式技術(shù)。企業(yè)機(jī)構(gòu)應(yīng)該了解6G網(wǎng)絡(luò)的工作和重要性，為未來(lái)做好準(zhǔn)備，充分利用可用的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施。