6G網(wǎng)絡(luò )被定義為在未開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)電頻率下運行的蜂窩網(wǎng)絡(luò )，并使用AI等認知技術(shù)以比第五代網(wǎng)絡(luò )快數倍的速度實(shí)現高速、低延遲通信。本文討論了新一代蜂窩數據網(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(xiàn)電頻率下運行的蜂窩網(wǎng)絡(luò )，并使用人工智能等認知技術(shù)，快數倍的速度實(shí)現高速、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)系統標準，用于電信中蜂窩數據網(wǎng)絡(luò )上的無(wú)線(xiàn)通信。它是5G之后的繼承者，或者是道路上的下一個(gè)轉折點(diǎn)，可能會(huì )快得多。
國際電信聯(lián)盟每十年對無(wú)線(xiàn)代進(jìn)行標準化。通常，它們由空中接口中的間隙表示，這意味著(zhù)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(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)計算機無(wú)法實(shí)現的更復雜的數字編碼。它們依賴(lài)于政府以前沒(méi)有提供的更廣泛的無(wú)線(xiàn)波段。此外，它們有非常復雜的天線(xiàn)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(xiàn)電（NR）的第一個(gè)標準于2017年制定，目前正在全球實(shí)施。
6G將如何工作？
6G的確切工作方式尚不清楚，因為該規范尚未完全制定、最終確定并由國際電聯(lián)發(fā)布。然而，依賴(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據上。從理論上講，5G可以支持高達100GHz的頻率，盡管目前還沒(méi)有使用超過(guò)39GHz的頻率。對于6G，工程師們正試圖通過(guò)數百千兆赫茲或太赫茲范圍內的波上傳輸數據。這些波是微小和脆弱的，但仍有大量未使用的頻譜，可以實(shí)現驚人的數據傳輸速度。
提高自由頻譜的效率：目前的無(wú)線(xiàn)技術(shù)允許在同一時(shí)間在特定頻率上傳輸或接收。對于雙向通信，用戶(hù)可以根據頻率(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 )提高當前頻譜傳輸的效率，使用復雜的數學(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。因此，終端用戶(hù)設備連接到錨節點(diǎn)，錨節點(diǎn)連接到主干。6G可能會(huì )使用機器作為彼此數據的放大器，允許每個(gè)設備在使用數據的同時(shí)擴大覆蓋范圍。
與新IP結合：芬蘭奧盧大學(xué)的6G旗艦計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的當前IP數據包與普通的蝸牛郵件進(jìn)行比較，并附上標簽信封和文本頁(yè)。新IP數據包將與快遞服務(wù)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(lài)于不同頻率的選擇性使用來(lái)評估吸收并適當地調整波長(cháng)。這項技術(shù)將利用原子和分子在特定波長(cháng)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)首秀預計將于2030-2035年左右上線(xiàn)。除國際電聯(lián)外，非營(yíng)利性技術(shù)標準化協(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(guān)性和規模的獨特挑戰和機遇，以實(shí)現后疫情時(shí)代的未來(lái)通信架構，同時(shí)實(shí)現增長(cháng)、可持續性和全面的數字包容。
雖然有一些初步的對話(huà)來(lái)描述這項技術(shù)，但6G的研發(fā)工作從2020年開(kāi)始正式開(kāi)始。
6G旗艦計劃結合了整個(gè)歐洲對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的擴張。該國的首要目標是到2025年展示創(chuàng )新的無(wú)線(xiàn)和移動(dòng)技術(shù)。俄羅斯在2021年做出了一項預測，預測到2035年6G網(wǎng)絡(luò )的可用性。
美國移動(dòng)運營(yíng)商正在推進(jìn)各自的6G創(chuàng )新路線(xiàn)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在偏遠地區的滲透率也很低，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、機器和環(huán)境節點(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還將具備利用機器學(xué)習(ML)和人工智能(AI)為連接設備建立下一代無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的一系列獨特功能。這也將有利于智能城市、無(wú)人駕駛汽車(chē)、虛擬現實(shí)和增強現實(shí)等新興技術(shù)，以及智能手機和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)。
它將結合并關(guān)聯(lián)不同的技術(shù)，比如深度學(xué)習和大數據分析。已經(jīng)觀(guān)察到6G和高性能計算之間的實(shí)質(zhì)性相關(guān)性。雖然一些物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)數據可能由邊緣計算資源處理，但大部分數據將需要更加集中的高性能計算能力，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(zhù)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(wú)線(xiàn)電連接的重要組成部分。每一代新移動(dòng)設備都需要一個(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。從傳統技術(shù)到下一代技術(shù)重新構建當前的數字蜂窩頻譜也將是這一轉變的一部分。
對于城市戶(hù)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(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)用于峰值數據速度超過(guò)100Gbps。
5Gadvanced將5G擴展到數據傳輸之外，并將定位精度顯著(zhù)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(gè)水平。
2.極高的數據傳輸速度
5G計劃提供20Gbps的峰值數據吞吐量和100Mbps的用戶(hù)體驗數據速率。但是，6G將提供1Tbps的最大數據速率。同樣，它將用戶(hù)體驗到的數據速率提高到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(hù)提供即時(shí)的現代多媒體服務(wù)。網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商必須重新設計現有的基礎設施框架，以實(shí)現更高的頻譜效率。
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)應用的性能將通過(guò)這種超低延遲得到增強。但是，第六代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將把用戶(hù)體驗的延遲降低到0.1毫秒以?xún)?。由于延遲的大幅減少，許多對延遲敏感的實(shí)時(shí)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(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)對延遲敏感的實(shí)時(shí)應用的無(wú)縫執行。
4.更好地支持機器對機器(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)設備。5G技術(shù)要先進(jìn)得多，每平方公里可以連接100萬(wàn)臺設備。隨著(zhù)6G網(wǎng)絡(luò )的出現，每平方公里1000萬(wàn)個(gè)連接設備的目標已經(jīng)觸手可及。
所有6G網(wǎng)絡(luò )都將包括移動(dòng)邊緣計算，盡管它必須添加到當前的5G網(wǎng)絡(luò )中。到6G網(wǎng)絡(luò )實(shí)現時(shí)，邊緣和核心計算將越來(lái)越多地被同化為統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(wǎng)絡(luò )將需要更強的無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)滿(mǎn)足更大帶寬的要求。然而，其中一個(gè)挑戰是，基礎芯片技術(shù)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(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。通過(guò)同時(shí)傳輸、大量無(wú)線(xiàn)跳變、設備間連接和AI/ML，可靠性可能會(huì )得到增強。因此，6G在網(wǎng)絡(luò )滲透率和穩定性方面將優(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(xiàn)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(wù)導向架構，并將擴展到無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )（RAN）的部分。此外，預計6G網(wǎng)絡(luò )將在異構云設置中實(shí)現，包括私有、公共和混合云的組合，并使用合適的架構來(lái)支持這一點(diǎn)。
8.使用AI和ML實(shí)現最佳連接
5G將使人工智能(AI)和機器學(xué)習(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 )級別和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)中實(shí)現。從無(wú)線(xiàn)電層的波束形成細化到使用自?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò )在小區站點(diǎn)進(jìn)行規劃，AI/ML將有助于在降低計算復雜性的情況下實(shí)現卓越的效率。
6G開(kāi)發(fā)人員，如諾基亞貝爾實(shí)驗室，希望對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
預計6G網(wǎng)絡(luò )將提供以下好處：
1.加強安全
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測性需要實(shí)施強大的安全解決方案。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 )運營(yíng)商根據從多個(gè)來(lái)源收集的實(shí)時(shí)用戶(hù)數據為用戶(hù)提供定制的網(wǎng)絡(luò )體驗。運營(yíng)商可以進(jìn)一步利用實(shí)時(shí)用戶(hù)數據，通過(guò)個(gè)性化體驗質(zhì)量(QoE)和服務(wù)質(zhì)量(QoS)提供更好的服務(wù)。運營(yíng)商可以使用人工智能定制多種服務(wù)。
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(shí)現新的和創(chuàng )新的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、認知、監測和成像應用。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(xiàn)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）從連續信號中獲得的樣本數，以形成數字信號。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(zhù)提高的吞吐量和數據速率。此外，亞毫米波(波長(cháng)低于1毫米)的利用和頻率選擇性預計將加速無(wú)線(xiàn)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并檢測其類(lèi)型、形狀、相對位置、速度以及可能的材料質(zhì)量，成為情境數據的存儲庫。這種傳感方法可以促進(jìn)實(shí)際環(huán)境的鏡像或數字對應物的創(chuàng )建。當與AI/ML相結合時(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，因為新的技術(shù)創(chuàng )新將為其提供支持。這包括：
更先進(jìn)的數據中心：與5G網(wǎng)絡(luò )相比，6G網(wǎng)絡(luò )將產(chǎn)生更多的數據，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，數據中心將需要發(fā)展。
取代傳統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(gè)有形的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。相反，它可能由幾個(gè)網(wǎng)絡(luò )和系統共享的計算資源的概念聚合組成。
6.通過(guò)減少軟件依賴(lài)性節約成本
現代網(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(fǎng)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 )設備的成本。因此，非常密集的6G部署在經(jīng)濟上是可行的。
7.提高蜂窩網(wǎng)絡(luò )的滲透率
6G網(wǎng)絡(luò )的眾多優(yōu)勢之一是其廣闊的覆蓋范圍。這意味著(zhù)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(zhù)設備之間的干擾將減少，從而改善服務(wù)。
8.優(yōu)化室內網(wǎng)絡(luò )使用
如今，大多數蜂窩通信量都是在室內產(chǎn)生的，然而蜂窩網(wǎng)絡(luò )從未被構建為適當地針對室內覆蓋。6G使用毫微微小區（小小區站點(diǎn)）和分布式天線(xiàn)系統（DAS）克服了這些障礙。
