文章轉載來源《千家網》

6G網絡被定義為在未開發(fā)的無線電頻率下運行的蜂窩網絡，并使用AI等認知技術以比第五代網絡快數(shù)倍的速度實現(xiàn)高速、低延遲通信。本文討論了新一代蜂窩數(shù)據網絡6G。它還解釋了6G的核心功能及其工作原理。

什么是6G網絡？

6G網絡被定義為在未開發(fā)的無線電頻率下運行的蜂窩網絡，并使用人工智能等認知技術，快數(shù)倍的速度實現(xiàn)高速、低延遲通信。6G網絡目前正在研發(fā)中，尚未發(fā)布。

6G是目前正在開發(fā)的第六代移動系統(tǒng)標準，用于電信中蜂窩數(shù)據網絡上的無線通信。它是5G之后的繼承者，或者是道路上的下一個轉折點，可能會快得多。

國際電信聯(lián)盟每十年對無線代進行標準化。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變。這是為了使舊設備不能更新到新一代，因為這樣做會產生無限量的“噪音”和“頻譜污染”。

通常，下一代使用過時計算機無法實現(xiàn)的更復雜的數(shù)字編碼。它們依賴于政府以前沒有提供的更廣泛的無線波段。此外，它們有非常復雜的天線陣列，以前是不可能建造的。今天，我們已經是第五代了。5G新無線電（NR）的第一個標準于2017年制定，目前正在全球實施。

6G將如何工作？

6G的確切工作方式尚不清楚，因為該規(guī)范尚未完全制定、最終確定并由國際電聯(lián)發(fā)布。然而，依賴于前幾代的蜂窩網絡，人們可以期望幾個核心功能。6G將主要通過以下方式運行：

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)據上。從理論上講，5G可以支持高達100GHz的頻率，盡管目前還沒有使用超過39GHz的頻率。對于6G，工程師們正試圖通過數(shù)百千兆赫茲或太赫茲范圍內的波上傳輸數(shù)據。這些波是微小和脆弱的，但仍有大量未使用的頻譜，可以實現(xiàn)驚人的數(shù)據傳輸速度。

提高自由頻譜的效率：目前的無線技術允許在同一時間在特定頻率上傳輸或接收。對于雙向通信，用戶可以根據頻率(頻分雙工或FDD)或通過定義時間段(時分雙工或TDD)來劃分其流。6G可能會提高當前頻譜傳輸?shù)男?，使用復雜的數(shù)學方法在同一頻率上同時發(fā)射和接收。

利用網狀網絡：網狀網絡幾十年來一直是一個熱門話題，但5G網絡仍然主要基于輪輻式架構。因此，終端用戶設備連接到錨節(jié)點，錨節(jié)點連接到主干。6G可能會使用機器作為彼此數(shù)據的放大器，允許每個設備在使用數(shù)據的同時擴大覆蓋范圍。

與“新IP”結合：芬蘭奧盧大學的6G旗艦計劃的一篇研究論文表明，6G可能會使用一種新的互聯(lián)網協(xié)議(IP)變體。它將IPv4或IPv6的當前IP數(shù)據包與普通的蝸牛郵件進行比較，并附上標簽信封和文本頁?！靶翴P”數(shù)據包將與快遞服務傳遞的導航和優(yōu)先級信息的快速跟蹤快遞包相媲美。

6G將依賴于不同頻率的選擇性使用來評估吸收并適當?shù)卣{整波長。這項技術將利用原子和分子在特定波長產生和吸收電磁輻射的事實，任何特定材料的發(fā)射和吸收頻率都是相同的。

6G什么時候上市？

如前所述，6G互聯(lián)網的商業(yè)首秀預計將于2030-2035年左右上線。除國際電聯(lián)外，非營利性技術標準化協(xié)會電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)在其題為“連接世界的6G架構”的同行評審論文中批準了這一日期。

該文件指出，2030年及以后將提供一系列具有全球相關性和規(guī)模的獨特挑戰(zhàn)和機遇，以實現(xiàn)后疫情時代的未來通信架構，同時實現(xiàn)增長、可持續(xù)性和全面的數(shù)字包容。

雖然有一些初步的對話來描述這項技術，但6G的研發(fā)工作從2020年開始正式開始。

6G旗艦計劃結合了整個歐洲對6G技術的研究。日本承諾在未來幾年投入4.82億美元用于6G的擴張。該國的首要目標是到2025年展示創(chuàng)新的無線和移動技術。俄羅斯在2021年做出了一項預測，預測到2035年6G網絡的可用性。

美國移動運營商正在推進各自的6G創(chuàng)新路線圖。重要的是，AT&T、Verizon和T-Mobile正在引領行業(yè)首創(chuàng)的NextG聯(lián)盟。2021年5月，NextG聯(lián)盟啟動了開發(fā)6G技術的技術工作計劃。

為什么需要6G？

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

除了超越5G之外，6G還將具備利用機器學習(ML)和人工智能(AI)為連接設備建立下一代無線通信網絡的一系列獨特功能。這也將有利于智能城市、無人駕駛汽車、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等新興技術，以及智能手機和移動網絡用戶。

它將結合并關聯(lián)不同的技術，比如深度學習和大數(shù)據分析。已經觀察到6G和高性能計算之間的實質性相關性。雖然一些物聯(lián)網和移動數(shù)據可能由邊緣計算資源處理，但大部分數(shù)據將需要更加集中的高性能計算能力，這使得6G成為一個必不可少的組件。

6G的8個獨特功能

6G網絡可能會與5G共存一段時間，并將在幾個方面比前幾代網絡有顯著改善。這是因為6G將提供以下不同的功能：

1.新頻段的使用

頻譜是無線電連接的重要組成部分。每一代新移動設備都需要一個先鋒頻譜，以充分利用任何進一步的技術進步的優(yōu)勢。從傳統(tǒng)技術到下一代技術重新構建當前的數(shù)字蜂窩頻譜也將是這一轉變的一部分。

對于城市戶外電池，6G的最新先鋒頻譜板預計將在中頻段7-20GHz。這將通過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)據速度超過100Gbps。

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

2.極高的數(shù)據傳輸速度

5G計劃提供20Gbps的峰值數(shù)據吞吐量和100Mbps的用戶體驗數(shù)據速率。但是，6G將提供1Tbps的最大數(shù)據速率。同樣，它將用戶體驗到的數(shù)據速率提高到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提供即時的現(xiàn)代多媒體服務。網絡運營商必須重新設計現(xiàn)有的基礎設施框架，以實現(xiàn)更高的頻譜效率。

3.超低延遲網絡功能

5G的延遲將降低到1毫秒。許多實時應用的性能將通過這種超低延遲得到增強。但是，第六代無線通信技術將把用戶體驗的延遲降低到0.1毫秒以內。由于延遲的大幅減少，許多對延遲敏感的實時應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、遠程手術程序和工業(yè)自動化。此外，6G將使網絡的可靠性比5G網絡高100倍，從而促進對延遲敏感的實時應用的無縫執(zhí)行。

4.更好地支持機器對機器(M2M)連接

雖然5G解決了人類用戶和物聯(lián)網(IoT)用例，但6G將更多地關注M2M連接。如今，4G網絡每平方公里支持大約10萬個設備。5G技術要先進得多，每平方公里可以連接100萬臺設備。隨著6G網絡的出現(xiàn)，每平方公里1000萬個連接設備的目標已經觸手可及。

所有6G網絡都將包括移動邊緣計算，盡管它必須添加到當前的5G網絡中。到6G網絡實現(xiàn)時，邊緣和核心計算將越來越多地被同化為統(tǒng)一通信和計算基礎設施框架的元素。

5.注重能源效率

如前所述，6G網絡將需要更強的無線電頻率來滿足更大帶寬的要求。然而，其中一個挑戰(zhàn)是，基礎芯片技術目前還不能在這些頻率范圍內高效地工作。因此，優(yōu)化功耗將是6G開發(fā)人員關注的重點領域。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.更高的網絡可靠性

5G主導的超可靠低延遲通信（URLLC）服務將在6G中得到進一步發(fā)展和增強。通過同時傳輸、大量無線跳變、設備間連接和AI/ML，可靠性可能會得到增強。因此，6G在網絡滲透率和穩(wěn)定性方面將優(yōu)于5G。此外，與前幾代相比，6G將通過將網絡可靠性提高100倍以上，并將錯誤率降低10倍來優(yōu)化M2M交互。

7.新建筑的興起

5G是第一個在企業(yè)和工業(yè)環(huán)境中取代有線連接的解決方案。它正在核心基礎和云原生部署中部署服務導向架構，并將擴展到無線接入網絡（RAN）的部分。此外，預計6G網絡將在異構云設置中實現(xiàn)，包括私有、公共和混合云的組合，并使用合適的架構來支持這一點。

8.使用AI和ML實現(xiàn)最佳連接

5G將使人工智能(AI)和機器學習(ML)技術充分發(fā)揮其潛力。最終，AI/ML將在各種網絡組件、網絡級別和網絡服務中實現(xiàn)。從無線電層的波束形成細化到使用自優(yōu)化網絡在小區(qū)站點進行規(guī)劃，AI/ML將有助于在降低計算復雜性的情況下實現(xiàn)卓越的效率。

6G開發(fā)人員，如諾基亞貝爾實驗室，希望對AI/ML采用空白的方法，允許AI/ML確定兩個端點之間的最佳通信方法。

6G網絡的優(yōu)勢

預計6G網絡將提供以下好處：

1.加強安全

網絡攻擊越來越集中于各種類型的網絡。這些攻擊的完全不可預測性需要實施強大的安全解決方案。6G網絡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)實環(huán)境時，必須解決隱私問題。

2.支持個性化

OpenRAN是5G使用的一種全新的、不斷發(fā)展的技術。然而，OpenRAN將是6G的成熟技術?；谌斯ぶ悄艿腞AN將允許移動網絡運營商根據從多個來源收集的實時用戶數(shù)據為用戶提供定制的網絡體驗。運營商可以進一步利用實時用戶數(shù)據，通過個性化體驗質量(QoE)和服務質量(QoS)提供更好的服務。運營商可以使用人工智能定制多種服務。

3.擴展5G應用的功能

這種程度的帶寬和響應能力將增強5G應用程序的性能。它還將擴大功能范圍，以實現(xiàn)新的和創(chuàng)新的無線網絡、認知、監(jiān)測和成像應用。使用正交頻分多址(OFDMA)，6G接入點將能夠同時為多個客戶服務。

4.推動無線傳感技術的發(fā)展

采樣率是指每秒（或按照等效時間單位）從連續(xù)信號中獲得的樣本數(shù)，以形成數(shù)字信號。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)據速率。此外，亞毫米波(波長低于1毫米)的利用和頻率選擇性預計將加速無線傳感技術的發(fā)展。

該網絡將通過收集物體反射的信號并檢測其類型、形狀、相對位置、速度以及可能的材料質量，成為情境數(shù)據的存儲庫。這種傳感方法可以促進實際環(huán)境的“鏡像”或數(shù)字對應物的創(chuàng)建。當與AI/ML相結合時，這些信息將為物理世界提供新的見解，從而使網絡更加智能。

5.激發(fā)新技術創(chuàng)新

6G將使整個社會受益，因為新的技術創(chuàng)新將為其提供支持。這包括：

更先進的數(shù)據中心：與5G網絡相比，6G網絡將產生更多的數(shù)據，計算將演變?yōu)樽罱K包括邊緣和核心平臺協(xié)調。由于這些變化，數(shù)據中心將需要發(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)展成為結合HPC和AI的單一計算核心。納米核不一定是一個有形的網絡節(jié)點。相反，它可能由幾個網絡和系統(tǒng)共享的計算資源的概念聚合組成。

6.通過減少軟件依賴性節(jié)約成本

現(xiàn)代網絡已經在使用軟件定義的操作。其他6G組件，如媒體訪問控制（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門的網絡硬件。6G提供的虛擬化將降低網絡設備的成本。因此，非常密集的6G部署在經濟上是可行的。

7.提高蜂窩網絡的滲透率

6G網絡的眾多優(yōu)勢之一是其廣闊的覆蓋范圍。這意味著需要較小的塔來覆蓋給定的空間。如果想在經常下雨或樹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以外的其他移動連接。這意味著設備之間的干擾將減少，從而改善服務。

8.優(yōu)化室內網絡使用

如今，大多數(shù)蜂窩通信量都是在室內產生的，然而蜂窩網絡從未被構建為適當?shù)蒯槍κ覂雀采w。6G使用毫微微小區(qū)（小小區(qū)站點）和分布式天線系統(tǒng)（DAS）克服了這些障礙。

總結

即使5G在全球范圍內繼續(xù)推廣，但領先的研究聯(lián)盟和移動企業(yè)也在忙著研究第六代移動連接。6G網絡旨在通過更快的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。企業(yè)機構應該了解6G網絡的工作和重要性，為未來做好準備，充分利用可用的無線基礎設施。