6G移動(dòng)通信技術(shù)

6G（第六代無線技術(shù)）是5G蜂窩技術(shù)的后繼者。6G網(wǎng)絡(luò)將能夠使用比5G網(wǎng)絡(luò)更高的頻率，并提供更高的容量和更低的延遲。6G網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)之一是支持1微秒甚至亞微秒的延遲通信。

預(yù)計(jì)6G通信將支持五個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶Plus（eMBB-Plus），大通信（BigCom），安全的超可靠低延遲通信（SURLLC），三維集成通信（3D-InteCom）和非常規(guī)的數(shù)據(jù)通信（UCDC）

·      從第一代(1G)到第二代(2G)，語(yǔ)音通話是主要的通信方式，簡(jiǎn)單的電子郵件成為可能。

·      從第三代(3G)開始，數(shù)據(jù)通信(如i-mode)和多媒體信息(如照片、音樂和視頻)可以通過移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行通信。

·      從第四代(4G)開始，由于采用了長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution, LTE)技術(shù)，超過100Mbps的高速通信技術(shù)使智能手機(jī)得到了爆炸性的普及，目前已達(dá)到接近最高1 Gbps的通信速度。

·      第五代(5G)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá)10Gbit/s，網(wǎng)絡(luò)延遲低于1毫秒。

·      第六代(6G)有望支持1TB/s的速度。這種級(jí)別的容量和延遲將是空前的，它將擴(kuò)展5G應(yīng)用的性能，并擴(kuò)展功能范圍，以支持無線認(rèn)知，感測(cè)和成像領(lǐng)域中越來越多的創(chuàng)新應(yīng)用。

過去幾代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展到6G。在前幾代中，每一代都有一種代表性的技術(shù)。然而，自4G以來，基于正交頻分復(fù)用(OFDM)的無線電接入技術(shù)(RAT)已經(jīng)包含了多種新技術(shù)的組合，而在6G中，技術(shù)領(lǐng)域被認(rèn)為變得更加多樣化。這是因?yàn)榛贠FDM的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了接近Shannon極限的通信質(zhì)量，同時(shí)，需求和使用場(chǎng)景將在前一代中進(jìn)一步擴(kuò)展。

   后5G時(shí)代的通信系統(tǒng)研究必須考慮電路和設(shè)備制造能力，6G中需要特別關(guān)注的是設(shè)備的電池壽命，而不是數(shù)據(jù)速率和延遲。

    此外，可以預(yù)見的是，將來的無線通信將提供與有線通信相同水平的可靠性。

   基于區(qū)塊鏈技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)去中心化被認(rèn)為是簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理并在6G中提供令人滿意的性能的關(guān)鍵。

在與6G有關(guān)的所有技術(shù)工作中，太赫茲通信、人工智能（AI）和可重新配置的智能表面是最引人注目的想法，它們被視為無線通信中的革命性技術(shù)。

AI增強(qiáng)的6G被認(rèn)為能夠提供一系列的新特性，例如，自聚合、上下文感知、自配置等。

此外，具有AI功能的6G將釋放無線電信號(hào)的全部潛力，并實(shí)現(xiàn)從認(rèn)知無線電到智能無線電的轉(zhuǎn)變。從

算法的角度來看，機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)于實(shí)現(xiàn)基于AI的6G尤其重要

受香農(nóng)限制的限制，很難大規(guī)模提高6G的頻譜效率。相反，新技術(shù)應(yīng)大大增強(qiáng)6G通信的安全性、保密性和隱私性。

盡管其他應(yīng)用場(chǎng)景將變得無處不在并且越來越重要，但傳統(tǒng)的移動(dòng)通信仍將是2030年代6G最重要的應(yīng)用。因此，6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)以人為中心，而不是以機(jī)器、應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)為中心。按照這一原理，高安全性、保密性和私密性應(yīng)該是6G的關(guān)鍵特征。

此外，用戶體驗(yàn)將被用作6G通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵指標(biāo)。

   在5G網(wǎng)絡(luò)中，仍在使用基于RSA公鑰密碼系統(tǒng)的傳統(tǒng)加密算法來提供傳輸安全性和保密性。在大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)的壓力下，RSA密碼系統(tǒng)已經(jīng)變得不安全。

   改善通信中的網(wǎng)絡(luò)吞吐量、可靠性、延遲和服務(wù)用戶數(shù)量的最有效的方法是致密化網(wǎng)絡(luò)并使用更高的頻率來傳輸信號(hào)。

   物理層安全技術(shù)和通過可視光通信(VLC)的量子密鑰分發(fā)將是解決6G數(shù)據(jù)安全挑戰(zhàn)的解決方案。更先進(jìn)的量子計(jì)算和量子通訊技術(shù)也可能被部署來提供對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)攻擊的嚴(yán)密保護(hù)。

從以人為本的角度來看，技術(shù)成功不應(yīng)直接或間接增加財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)或剝奪用戶的選擇權(quán)。因此，高承受能力和完全定制化應(yīng)該是6G通信的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。

完全定制允許用戶選擇服務(wù)模式并調(diào)整個(gè)人偏好。例如，某些用戶可能希望獲得低速但可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)；其他人可能會(huì)容忍不可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)，以換取較低的通信費(fèi)用；其他人可能仍然只關(guān)心其設(shè)備的能耗；由于擔(dān)心數(shù)據(jù)安全性和隱私性，有些人甚至可能希望擺脫智能功能。將授予所有用戶選擇6G中他們喜歡的內(nèi)容的權(quán)利，并且不應(yīng)因智能技術(shù)或不必要的系統(tǒng)配置而減少這些權(quán)利。

因此，6G通信系統(tǒng)的性能分析也應(yīng)將多個(gè)性能指標(biāo)整合為一個(gè)整體，而不是獨(dú)立對(duì)待它們。用戶體驗(yàn)將被明確定義并作為6G時(shí)代性能評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)。

4G/LTE網(wǎng)絡(luò)中智能手機(jī)和平板電腦的每日充電需求將繼續(xù)。為了克服大多數(shù)通信設(shè)備的日常充電限制并促進(jìn)通信服務(wù)，低能耗和長(zhǎng)電池壽命是6G通信的兩個(gè)研究重點(diǎn)。

?  為了降低能耗，可以將用戶設(shè)備的計(jì)算任務(wù)卸載到具有可靠電源或普及的智能無線電空間的智能基站。

?  協(xié)作中繼通信和網(wǎng)絡(luò)的致密化也將有助于減少移動(dòng)設(shè)備的發(fā)射功率通過降低每跳信號(hào)傳播距離。

?  為了獲得較長(zhǎng)的電池壽命，將在6G中應(yīng)用各種能量收集方法，不僅可以從周圍的射頻信號(hào)中收集能量，而且還可以從微振動(dòng)和太陽(yáng)光中收集能量。

?  遠(yuǎn)程無線充電也將是延長(zhǎng)電池壽命的一種有前途的方法

6G的高智能將有利于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、無線傳播環(huán)境和通信服務(wù)，分別指運(yùn)營(yíng)智能、環(huán)境智能和服務(wù)智能。

常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)操作涉及許多受一系列復(fù)雜約束的多目標(biāo)性能優(yōu)化問題。需要以適當(dāng)?shù)姆绞讲贾冒ㄍㄐ旁O(shè)備、頻帶、傳輸功率等在內(nèi)的資源，以實(shí)現(xiàn)令人滿意的網(wǎng)絡(luò)操作水平。此外，這些多目標(biāo)性能優(yōu)化問題通常很難解決，并且難以實(shí)時(shí)獲得最優(yōu)解決方案。

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)（尤其是深度學(xué)習(xí)）的發(fā)展，配備有圖形處理單元的基站或核心網(wǎng)絡(luò)的控制中心可以執(zhí)行相關(guān)的學(xué)習(xí)算法，以高效地分配資源，以達(dá)到接近最佳的性能。

定義在0.1THz到10THz之間的太赫茲波段被稱為微波和光學(xué)光譜之間的間隙帶，但是太赫茲電子、光子和混合電子-光子方法現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了。因此，混合太赫茲/自由空間光學(xué)系統(tǒng)預(yù)計(jì)將使用混合電子-光子收發(fā)器在6G中實(shí)現(xiàn)，其中光學(xué)激光可用于產(chǎn)生太赫茲信號(hào)或發(fā)送光學(xué)信號(hào)。

未來的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將必須達(dá)到更高的傳輸速率和更短的延遲，同時(shí)還要提供越來越多的終端設(shè)備。為此，將需要由許多小型無線電小區(qū)組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了連接這些電池，將需要高達(dá)太赫茲范圍的高頻高性能傳輸線。此外，如果可能的話，必須確保與光網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。

太赫茲波是指頻譜在0.1～10THz之間的電磁波，波長(zhǎng)為30至3000微米。頻譜介于微波與遠(yuǎn)紅外光之間，在其低波段與毫米波相鄰，而在其高波段與紅外光相鄰，位于宏觀電子學(xué)與微觀光子學(xué)的過渡區(qū)域。

太赫茲作為一個(gè)介于微波與光波之間的全新頻段尚未被完全開發(fā)，太赫茲通信具有頻譜資源豐富、傳輸速率高等優(yōu)勢(shì)，是未來移動(dòng)通信中極具優(yōu)勢(shì)的寬帶無線接入（Tb/s級(jí)通信）技術(shù)。

正是因?yàn)槠涮厥庑裕屍渚哂蓄l率高、脈沖短、穿透性強(qiáng)，且能量很小，對(duì)物質(zhì)與人體的破壞較小等特質(zhì)。

太赫茲波以其獨(dú)有的特性，使太赫茲通信比微波和無線光通信擁有許多優(yōu)勢(shì)，決定了太赫茲波在高速短距離寬帶無線通信、寬帶無線安全接入、空間通信等方面均有廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)面臨著多方面的挑戰(zhàn)。